高速飞行器头身部气动对流换热数值模拟

论文摘要

研究高速飞行器表面的气动对流换热特性、掌握表面温度与换热系数预测方法,对高速飞行器的热可靠性设计与红外特征建模具有重要意义。本文利用CFD软件CFX对某高速飞行器头身部表面的气动对流换热特性进行了数值模拟分析。主要研究内容包括:(1)建立了飞行器外流气动对流换热计算模型,包括几何建模、网格划分与边界条件确定。计算比较了结构化与非结构化两种网格系统以及局部网格自适应加密对模拟计算的影响。(2)通过对瞬态气动对流换热的模拟计算,分析了飞行器外部气动对流物理量随时间的变化规律与飞行器内部结构温度随时间变化规律的差别,为确定飞行器内外热环境耦合作用下的瞬态热响应计算方法提供了参考依据。(3)针对某飞行器的飞行过程,通过大量模拟计算,模拟分析了不同来流条件下,某飞行器头身部气动对流的绝热表面温度场及相关因素的影响。研究了不同来流条件下头身部表面的气动对流换热特性,以绝热表面温度场为基准,提取获得了飞行器头身部的气动对流表面传热系数分布,分析了相关因素的影响。通过研究,为高速飞行器的整体耦合热分析与热可靠性设计以及红外特性研究提供了必需的特性参数与计算依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 气动对流数值方法与软件简介
• 2.1 控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.3 飞行器外部气动对流换热机制
• 2.4 计算软件简介
• 2.4.1 计算流体力学软件 CFX 简介
• 2.4.2 软件的分析过程
• 2.5 本章小节
• 第3章 气动对流建模与网格技术分析
• 3.1 几何建模
• 3.2 计算模型与边界条件
• 3.3 网格划分
• 3.3.1 网格划分技术概述
• 3.3.2 结构化网格
• 3.3.3 非结构化网格与自适应网格
• 3.3.4 结构化网格与非结构化网格计算结果的对比
• 3.3.5 非自适应网格与自适应加密网格的计算结果对比
• 3.4 外部气动换热与内部结构换热的非稳态响应
• 3.4.1 计算模型与定解条件
• 3.4.2 计算结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 飞行器头身部气动对流换热特性分析
• 4.1 计算工况与条件
• 4.2 绝热温度的计算与分析
• 4.2.1 来流条件对绝热温度分布的影响
• 4.2.2 机身不同位置温度的分布规律
• 4.3 高速飞行器外表面气动对流换热系数
• 4.3.1 气动对流换热系数
• 4.3.2 计算结果与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢