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论文类型：期刊论文

发表时间：2018-01-25

发表刊物：航空学报

收录刊物：CSCD、EI

卷号：39

期号：1

页面范围：1-14

ISSN号：1000-6893

关键字：非平衡流;解耦算法;有限体积法;结构网格;数值模拟

摘要：超声速化学非平衡流动的数值模拟一直是计算流体力学领域的难点,主要体现在如下几个方面:物理过程非常复杂,存在着激波、燃烧波等各种复杂波系的相互作用;超声速化学非平衡流动属于典型的时空多尺度物理问题,其控制方程存在严重的刚性,给数值求解带来了很大困难.对国内外的解耦算法研究现状简单综述后,主要介绍1993年刘君提出的解耦算法的理论基础,流动方程采用冻结流模型,源项方程模拟流体微团在当地绝热、定容的热力学系统内发生的化学反应过程.通过引入两个中间变量,即等效内能和等效比热比,将与温度无关的生成焓从流动方程组能量项中分离出去,源项方程组中包含等效内能,使用不同算子对流动方程和源项方程解耦求解.与传统解耦算法相比,源项方程的求解过程中包含状态参数和组元同时变化.结合刘君解耦算法机理和有限体积法空间平均特性,介绍近期在提高算法计算效率方面的研究进展,包括流动方程优化算法和耦合过程优化.采用优化算法对经典的激波诱导燃烧算例进行数值模拟,与不同文献结果进行对比,验证了优化算法的时空精度.通过总结经验发现化学非平衡反应仅发生在流场局部区域,提出质量生成率判据,结合相应模拟结果验证了方法的可行性,可以进一步提高化学反应算子的计算效率.