高速飞行器非平衡绕流及光辐射特性模拟

论文摘要

高温热化学非平衡流动及辐射现象的研究是高温气体动力学、气动热物理研究的重要内容,在高超声速飞行器热防护、目标探测与识别及高温高焓反应流非平衡效应光谱诊断方面有重要应用价值。本文在国内外研究的基础上,对高超声速绕流流场及辐射特性进行数值模拟研究,主要工作分为两个步骤:首先基于FASTRAN软件对高超飞行器的绕流流场（无电离和弱电离）进行数值模拟研究,重点考察不同的化学反应模型对绕流场非平衡特性的影响,并模拟得到不同飞行条件下绕流场数据;其次,根据激波层及尾迹流场紫外、红外区辐射机制,理论计算得到绕流场在0.2-0.4微米及2.0-5.0微米光谱区间辐射强度和辐射亮度的空间、光谱分布特性,为相关工程应用提供依据。论文的主要工作包括:（1）高超声速飞行器非平衡绕流场FASTRAN模拟以FASTRAN为平台,使用有限速率化学反应模型和能量松弛模型,分别对RAMCII钝锥实验模型和Lobb球体模型的非平衡流场进行系统的数值模拟和分析研究,重点考察有限速率化学反应模型、有无电离、流体粘性等因素对绕流场非平衡特性参数（温度、组分、压力、壁面热流、激波脱体距离等）计算结果的影响。（2） RAM-CII飞行器绕流场非平衡辐射特性研究采用FASTRAN软件模拟获得不同高度、不同飞行马赫数条件下RAM-CII飞行器绕流场数据,根据激波层及尾迹流场紫外、红外区辐射机制,采取逐线法结合LOS计算得到了绕流场在0.2-0.4微米及2.0-5.0微米光谱区间辐射强度和辐射亮度的空间、光谱分布特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 高超声速非平衡流数值模拟理论基础
• 2.1 前言
• FSATRAN'>2.2 流体模拟软件CFD_FSATRAN
• FASTRAN的理论'>2.2.1 CFD_FASTRAN的理论
• 2.2.2 功能介绍
• 2.2.3 绕流流场热化学非平衡控制方程组
• 2.2.4 气体的状态方程
• 2.2.5 能量交换模型
• 2.3 化学动力学模型和输运特性
• 2.3.1 双温度模型
• 2.3.2 化学反应模型
• 2.3.3 反应控制温度
• 2.3.4 输运系数
• 2.4 本章小结
• 第3章 高超声速飞行器非平衡绕流场FASTRAN模拟
• 3.1 前言
• CII飞行实验流场模拟'>3.2 RAM_CII飞行实验流场模拟
• 3.2.1 实验背景和条件设置
• 3.2.2 RAM-CII飞行器5 组元热化学反应流场计算结果及分析
• 3.2.3 RAM-CII飞行器7 组元热化学反应流场计算结果及分析
• 3.3 LOBB球头柱实验流场模拟
• 3.3.1 边界条件和几何模型
• 3.3.2 计算结果与分析对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 RAM-CII飞行器绕流场非平衡辐射特性研究
• 4.1 前言
• 4.2 气体分子的光谱特性和跃迁机制
• 4.2.1 分子的辐射跃迁机制
• 4.2.2 双原子分子电子跃迁吸收系数计算
• 4.2.3 非平衡态分子数密度计算
• 4.2.4 红外振转跃迁吸收系数计算
• 4.2.5 流场辐射传输计算的LOS法
• CII飞行器激波层流场辐射特性模拟'>4.3 RAM_CII飞行器激波层流场辐射特性模拟
• 4.3.1 化学模型和初始条件
• 4.3.2 流场模拟结果与分析
• 4.3.3 激波层辐射强度的计算
• CII飞行器全流场目标辐射特性'>4.4 RAM_CII飞行器全流场目标辐射特性
• 4.4.1 化学动力模型
• 4.4.2 计算结果与分析
• 4.4.3 RAM-CII全流场目标辐射特性计算
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢