對流換熱邊界下高超音速平板邊界層相似性解研究.pdf

1、高超音速飛行會產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動加熱問題,氣動加熱及其熱防護(hù)是高超音速飛行器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。直接數(shù)值模擬是氣動加熱的重要研究手段,而可壓縮邊界層相似性解是直接數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。對于絕熱壁和等溫壁下可壓縮相似性解已經(jīng)有很成熟的結(jié)果,但對于對流換熱邊界下的可壓縮相似性解還沒有相關(guān)的研究。
　　本文針對高超音速平板層流邊界層,根據(jù)采用對流換熱邊界條件存在相似性解的特點(diǎn),探索研究了如何提出適合的對流換熱邊界條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式,為進(jìn)一步采用

2、直接數(shù)值模擬計算氣動加熱,獲得準(zhǔn)確的壁面熱流提供基礎(chǔ),為氣動熱防護(hù)設(shè)計提供依據(jù)。
　　通過本文的研究所得主要結(jié)論如下:
　　1、高超音速平板層流的對流換熱系數(shù)計算公式與不可壓縮的不同,需要考慮可壓縮效應(yīng)的影響,即需要對不可壓縮的對流換熱系數(shù)計算公式進(jìn)行修正。
　　2、根據(jù)歸一化、相似等研究方法,提出了確定高超音速平板層流對流換熱系數(shù)中修正系數(shù)的方法,即通過固定某一馬赫數(shù),改變壁面的溫度計算不同等溫壁面下的修正系數(shù),得到

3、修正系數(shù)隨壁面溫度變化的曲線,該曲線二階導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)所對應(yīng)的修正系數(shù)就是所要找的結(jié)果。
　　3、由于馬赫數(shù)是表征氣體可壓縮效應(yīng)的影響參數(shù),通過類比實驗數(shù)據(jù)的分析方法建立了高超音速平板層流對流換熱系數(shù)的修正系數(shù)與來流馬赫數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)系式。同時建立了歸一化的對流換熱修正系數(shù)與壁面溫度之間的關(guān)系式,方便于以后的工程應(yīng)用。
　　4、采用修正后的對流換熱系數(shù)計算公式,針對來流馬赫數(shù)為5、6、9三種情況,壁面分別取對流換熱和絕熱邊界條件,