Кириловский С.В. Поплавская Т.В.
Численное моделирование гиперзвукового течения высокоэнтальпийного газа
Докладчик: Кириловский С.В.
В данной работе рассмотрена возможность применения пакета ANSYS FLUENT для задач воздействия акустических волн на гиперзвуковой вязкий ударный слой, образующийся при полёте летательных аппаратов в верхних слоях атмосферы. При высоких скоростях и температурах, сопутствующих таким полетам, в газе вокруг аппарата возникают различного рода явления (возбуждение и неравновесность степеней свободы молекул, диссоциация, ионизация молекул). При низких температурах колебательные степени свободы заморожены, а поступательные и вращательные находятся в равновесии. В этом случае теплоёмкость газа постоянна cp=const и такой газ называют калорически совершенным [1]. При увеличении температуры происходит возбуждение колебательных степеней свободы молекул газа. Теплоёмкость такого термически совершенного газа не постоянна и является функцией от температуры cp=f(T). Изменения физических характеристик газа с увеличением температуры называются высокотемпературными эффектами или эффектами реального газа, которые оказывают существенное воздействие на среднее течение вокруг летательного аппарата и на восприимчивость ударного слоя.
Данная работа посвящена численному моделированию влияния внутренних степеней свободы молекул газа на среднее течение и развитие возмущений в гиперзвуковом ударном слое на пластине с острой передней кромкой. Численное исследование проведено с помощью пакета ANSYS Fluent.
Рассматривается обтекание пластины длиной L=0.2м (Re1~7×105), расположенной под углом атаки 10.2°, потоками гиперзвукового (M>6) калорически и термически совершенного газа при высоких температурах торможения (до 3000К). Сравнение характеристик ударного слоя при обтекании пластины воздухом, углекислым газом СО2 и их смесями при одинаковых условиях показало, что возбуждение колебательных степеней свободы молекул углекислого газа существенно влияет на положение УВ. Также выполнено численное исследование взаимодействия вязкого ударного слоя на пластине с акустическими возмущениями медленной моды. Получено, что амплитуда пульсаций давления на поверхности пластины для СО2 существенно больше, чем для воздуха и смесей воздуха и СО2. В работе проведено сравнение расчётных данных (положение УВ, пульсации давления на поверхности) с результатами, полученными в высокоэнтальпийной аэродинамической трубе ИТ-302 ИТПМ СО РАН.
Степень возбуждения колебательных степеней свободы молекул зависит от температуры газа. Поэтому в работе проведено численное исследование влияния температуры торможения (1200-4000К) на среднее течение и характеристики пульсаций потока в ударном слое на пластине, обтекаемой углекислым газом.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 12-08-00435).
[1] Anderson J.D. Hypersonic and high temperature gas dynamics. 1989. 702pp.
| Тезисы доклада: | abstracts_174962_ru.pdf |
К списку докладов
