火星進入艙氣動熱的催化效應及非平衡效應.pdf

1、火星是太陽系八大行星之一，屬類地行星。火星探測能夠提高國家科研技術(shù)水平，航天技術(shù)的發(fā)展能夠帶動其他各行業(yè)的科技進步。深空探測必須要解決高超聲速氣動加熱問題，熱化學非平衡現(xiàn)象和壁面催化效應是影響高超聲速氣動熱數(shù)值模擬結(jié)果的關(guān)鍵因素。為了對探測器的氣動熱環(huán)境進行更精確的數(shù)值模擬，必須探究更精確更符合實際的數(shù)學物理模型。
　　本文以火星探路者號(MPF)進入艙為例，利用商業(yè)軟件CFD-FASTRAN對其進行二維軸對稱N-S方程求解，比較

2、了不同化學反應模型和壁面催化條件對模擬結(jié)果的影響。
　　首先，本文建立了熱化學非平衡流的二維軸對稱數(shù)學模型，并以RAM-C為例，采用空氣的5組分化學反應模型及完全催化壁條件，分別計算了單溫模型與雙溫模型的熱化學非平衡流場，結(jié)果表明:不同溫度模型主要影響壁面熱流的對流換熱部分，數(shù)值模擬結(jié)果也與文獻對比良好。
　　其次，以MPF為例，對其進入火星大氣層過程中三個典型時間點下的二維氣動熱環(huán)境進行模擬，其中化學反應模型采用火星大氣8

3、組分模型，壁面分別采用完全催化壁條件和非催化壁條件，比較了不同壁面催化條件對模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明:壁面催化條件通過影響壁面附近組分質(zhì)量分數(shù)的分布，影響壁面熱流值的組分擴散部分，完全催化壁條件對應熱流值結(jié)果較非催化壁條件最大高50％。另外，不同壁面催化條件對MPF外流場的壓力分布，馬赫數(shù)分布，激波脫體距離以及溫度分布影響不大。
　　最后，分別采用火星大氣的8組分化學反應模型和11組分化學反應模型對MPF三個工況下的二維氣動熱環(huán)境