激光诱发喷流与超声速流场相互作用数值模拟研究

论文摘要

本文利用数值方法研究了强激光照射超声速导弹,弹体材料发生气化时,喷流蒸气对流场以及弹体气动特性的影响。利用有限体积法,空间离散采用具有TVD性质的NND格式,时间离散对定常问题采用LU-SGS格式离散,非定常问题采用二阶显式Runge-Kutta型格式,求解全流场NS方程,同时考虑了真实气体模型以及B-L代数湍流模型;应用克努森层理论,并且考虑材料表面的反射效应,研究了存在环境气体时激光气化材料蒸气的定常流动状态,并以此作为喷流蒸气的初始流动状态,分别研究了不同激光入射位置、不同入射激光强度、不同来流马赫数以及不同飞行攻角时流场结构和弹体气动特性的差异,得到了初步的结论,为进一步的工作奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 激光与材料相互作用
• 1.2.2 计算流体力学进展
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 数值方法及网格生成
• 2.1 控制方程
• 2.1.1 有量纲形式的控制方程
• 2.1.2 控制方程的无量纲化
• 2.1.3 贴体坐标系下的控制方程
• 2.2 气体的输运系数
• 2.2.1 气体粘性系数
• 2.2.2 气体的热传导系数和扩散系数
• 2.3 Baldwin-Lomax 代数湍流模型
• 2.4 数值计算方法
• 2.4.1 控制方程有限体积离散
• 2.4.2 LU-SGS 隐式方法
• 2.4.3 RHS 项的离散
• 2.5 网格划分
• 2.5.1 网格生成离散方程
• 2.5.2 网格生成方法
• 2.5.3 边界处理
• 2.5.4 网格划分算例
• 2.6 小结
• 第三章 激光气化靶蒸气的流动
• 3.1 激光气化下靶蒸气的平面一维定常流动
• 3.2 表面蒸发引起的理想气体流动
• 3.3 激光的反射效应
• 3.4 算例计算
• 3.5 小结
• 第四章 强激光诱发喷流数值模拟
• 4.1 超声速无喷流动
• 4.1.1 初始条件
• 4.1.2 边界条件
• 4.1.3 计算结果与分析
• 4.2 强激光诱发喷流定常流动
• 4.2.1 不同入射位置的比较
• 4.2.2 不同入射激光强度的比较
• 4.2.3 不同来流马赫数的比较
• 4.2.4 不同攻角的比较
• 4.3 强激光诱发喷流非定常过程
• 4.3.1 时间格式
• 4.3.2 气动力参数
• 4.3.3 算例计算与分析
• 4.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表论文及科研获奖情况
• 附录A 雅克比（Jacobian）矩阵