磁場(chǎng)中高超聲速弱電離氣體流動(dòng)特性研究.pdf

1、高超聲速氣流穿過飛行器頭部強(qiáng)激波后，強(qiáng)大的動(dòng)能在很短的時(shí)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(yùn)動(dòng)的帶電粒子和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的洛侖茲力可以改變流體的流動(dòng)方式，因此，在高超聲速流場(chǎng)中施加外部磁場(chǎng)，可以改變激波后帶電粒子的運(yùn)動(dòng)特征，從而改變激波脫體距離、溫度分布等。本文對(duì)磁場(chǎng)作用下高超聲速弱電離氣體的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 對(duì)化學(xué)非平衡流場(chǎng)的模擬中，電導(dǎo)率采用組分公式計(jì)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(chǎng)法和電勢(shì)法兩種方法求解Maxwell方程組與流動(dòng)的耦合?？刂品匠痰目臻g離散采用有限體積方法，時(shí)間推進(jìn)采用3步Runge-Kutta格式。
　　 首先，采用誘導(dǎo)磁場(chǎng)方法求解電流，數(shù)值研究了不同強(qiáng)度偶極子磁場(chǎng)對(duì)三維高超聲速弱電離氣體繞鈍頭體流動(dòng)特性的影響。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)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(shí)，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(shì)方法求解電流，數(shù)值研究了不同強(qiáng)度均勻磁場(chǎng)的作用效果。結(jié)果表明磁場(chǎng)使激波脫體距離增加，滯止點(diǎn)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(shí)，不考慮化學(xué)反應(yīng)的激波脫體距離增加約43％，滯止點(diǎn)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(diǎn)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(shì)方法求解Maxwell方程組，數(shù)值研究了在不同強(qiáng)度均勻磁場(chǎng)作用下繞楔形體流動(dòng)的特性。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.4T時(shí)，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