磁場中高超聲速弱電離氣體流動特性研究.pdf

1、高超聲速氣流穿過飛行器頭部強激波后，強大的動能在很短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為空氣分子的內(nèi)能，使空氣發(fā)生電離，形成弱電離氣體。弱電離氣體內(nèi)運動的帶電粒子和磁場相互作用產(chǎn)生的洛侖茲力可以改變流體的流動方式，因此，在高超聲速流場中施加外部磁場，可以改變激波后帶電粒子的運動特征，從而改變激波脫體距離、溫度分布等。本文對磁場作用下高超聲速弱電離氣體的流動特性進行了數(shù)值模擬。
　　 對化學(xué)非平衡流場的模擬中，電導(dǎo)率采用組分公式計算，化學(xué)模型為7組元、

2、6反應(yīng)模型。
　　 分別采用誘導(dǎo)磁場法和電勢法兩種方法求解Maxwell方程組與流動的耦合?？刂品匠痰目臻g離散采用有限體積方法，時間推進采用3步Runge-Kutta格式。
　　 首先，采用誘導(dǎo)磁場方法求解電流，數(shù)值研究了不同強度偶極子磁場對三維高超聲速弱電離氣體繞鈍頭體流動特性的影響。隨著磁場強度的增大，激波脫體距離逐漸增加，壁面摩擦系數(shù)和表面熱流密度逐漸增大。在B0=0.153T時，不考慮化學(xué)反應(yīng)的激波脫體距離增加約

3、3倍，局部壁面摩擦系數(shù)最大增加63％，局部表面熱流密度最大增加61％；考慮化學(xué)非平衡反應(yīng)后，激波脫體距離增加約0.5倍，局部壁面摩擦系數(shù)最大增加47％，局部表面熱流密度最大增加31％。
　　 其次，采用電勢方法求解電流，數(shù)值研究了不同強度均勻磁場的作用效果。結(jié)果表明磁場使激波脫體距離增加，滯止點壓力及總阻力系數(shù)下降，壁面摩擦系數(shù)和壁面溫度降低。在By=0.03T時，不考慮化學(xué)反應(yīng)的激波脫體距離增加約43％，滯止點壓力下降約18％

4、，總阻力系數(shù)減小約6.9％，局部壁面摩擦系數(shù)最大降低52％，局部壁面溫度最大降低18％；而考慮化學(xué)非平衡反應(yīng)后，激波脫體距離增加約7％，滯止點壓力下降約3％，總阻力系數(shù)減小約5％，局部壁面摩擦系數(shù)最大降低89％，局部壁面溫度最大降低74％。
　　 最后，采用電勢方法求解Maxwell方程組，數(shù)值研究了在不同強度均勻磁場作用下繞楔形體流動的特性。當(dāng)磁場強度為0.4T時，不考慮化學(xué)反應(yīng)的局部壁面壓力系數(shù)最大減小58.7％，局部壁面摩