燒蝕狀態(tài)下碳基材料非平衡流場(chǎng)與固體溫度場(chǎng)耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、在由熱化學(xué)非平衡效應(yīng)控制的高溫區(qū)，空氣和再入彈頭防熱材料的燒蝕產(chǎn)物會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)等離子體鞘套內(nèi)各種組分的質(zhì)量濃度、電子數(shù)密度以及壓力、密度、溫度、壁面熱流等產(chǎn)生了不可忽視的影響，進(jìn)而影響了目標(biāo)的輻射和電磁散射特性，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)再入彈頭燒蝕狀態(tài)下的熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)對(duì)發(fā)展導(dǎo)彈突防技術(shù)和目標(biāo)識(shí)別技術(shù)意義重大。
　　燒蝕狀態(tài)下的熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)的數(shù)值模擬不僅需要研究熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)的計(jì)算方法，還需要考慮燒蝕產(chǎn)物對(duì)流場(chǎng)的影響

2、，而燒蝕產(chǎn)物的計(jì)算又與防熱材料的壁面溫度密切相關(guān)?；谏厦娴姆治?，本文依次研究了以下四個(gè)方面的內(nèi)容:固體溫度場(chǎng)數(shù)值模擬、碳基復(fù)合材料燒蝕機(jī)理及工程算法、熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)數(shù)值模擬和固體溫度場(chǎng)—燒蝕—非平衡流場(chǎng)的耦合方法。
　　本文采用熱平衡法編制了固體溫度場(chǎng)數(shù)值模擬軟件，并針對(duì)三維長(zhǎng)方體算例進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果表明該軟件的計(jì)算誤差在0.4％以內(nèi)，具有很高的計(jì)算精度;采用工程算法編制了碳基復(fù)合材料燒蝕計(jì)算軟件，并針對(duì)駐點(diǎn)燒蝕退化

3、算例進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果表明該軟件的計(jì)算誤差在15％以內(nèi)，具有很高的計(jì)算精度;在項(xiàng)目組已有的熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)數(shù)值模擬軟件中加入了碳基復(fù)合材料燒蝕產(chǎn)物與空氣的化學(xué)反應(yīng)模型，并采用雙溫模型針對(duì)三維球錐算例進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果表明該軟件具有很高的計(jì)算精度。
　　在上述工作的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了固體溫度場(chǎng)—燒蝕—非平衡流場(chǎng)的耦合數(shù)值模擬方法，并將上述三套獨(dú)立的計(jì)算軟件耦合在一起形成了一套完整的燒蝕狀態(tài)下碳基復(fù)合材料非平衡流