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《中国空气动力研究与发展中心》 2010年
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气流焓值对非烧蚀材料表面氧化反应影响的数值研究

罗万清  
【摘要】:随着高超声速飞行器的发展,近年来对超高温复合防热材料的研究已经成为一个新的热点。本文目的是建立一套流场与固体材料热传导的耦合算法,利用该方法能够对不同来流状态下非烧蚀材料外部流场、表面氧化反应以及内部热传导进行数值模拟。 本文一共分为五章。第一章为引言,介绍了开展非烧蚀材料研究的背景和意义,实现该研究的具体方法途径、存在难点以及国内外在该领域的研究进展。最后简要介绍了本文的主要研究工作。 第二章介绍流场数值计算方法。针对低速高焓流场的特点,本文采用三维化学反应流动控制方程。对其中涉及的低速预处理技术、有限体积空间离散、LU-SGS(Lower-upper Symmetric Gauss-Seidel)隐式迭代时间推进、离散无粘通量的Jameson中心差分格式和S-W(Steger-Warming)矢通量分裂格式、边界条件等进行了理论准备和详细推导。 第三章为流场数值方法验证。运用文中建立的流场算法,采用二维凸包管道、二维NACA0012翼型、轴对称球头和圆柱等算例和商业软件FLUENT、参考文献以及现有的试验数据进行对比分析,验证数值方法对无粘/有粘、低焓/高焓等流动的模拟能力。结果证明了本文建立的预处理化学反应流场算法具有较高的精度和较好的可靠性。 第四章给出了流场与材料内部热传导耦合算法。运用Crank-Nicolson格式离散一维热传导方程,建立材料内部温度场的求解方法,通过算例和商业软件CFD-ACE进行比较,结果吻合很好。接下来根据质量守恒、现有的材料表面化学反应动力学模型、交界面的热流和温度边界条件将流场-表面氧化反应-固体热传导耦合起来。 第五章中选用不同来流焓值对模型进行了数值模拟,得到了流场参数和固体材料内部温度分布,分析了来流焓值对表面氧化反应影响的大致规律。最后为结束语,总结了本文的研究工作,并对下一步工作提出设想。
【学位授予单位】:中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:V250.2

【参考文献】
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