高超声速高焓流动转捩模式研究
批准号:
12072173
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王亮
依托单位:
学科分类:
湍流与流动稳定性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王亮
中文摘要
准确预测由层流向湍流的转捩过程是高超声速飞行器设计的重点和难点之一。未来高超声速飞行将向大空域和更宽马赫数范围发展,高雷诺数和高焓来流使得机体表面流动转捩过程与高温真实气体效应深度耦合。而对于高超声速高焓流动转捩机理与预测问题,国内尚无相关技术积累,国外也未见任何研究发表。因此,本课题拟根据线性/非线性流动稳定性理论与自适应化学反应机理,结合现代计算流体力学技术,首先发展高效高精度的数值模拟方法,获得高超声速高焓基本流场;进而揭示流动失稳机理,归纳出高温真实气体效应对流动转捩的影响规律;在此基础上,建立相应的适用于大规模并行计算的湍流/转捩模式,为中低空新型高超声速飞行器的设计和改进提供理论依据和技术支持。
英文摘要
Predicting laminar-turbulent transition in hypersonic boundary layers plays a key role in the design of future space vehicles operating at sustained hypersonic speeds. The future hypersonic flight in a wide range of both altitudes and Mach numbers, results in high-enthalpy hypersonic flows, at high Reynolds number, around the vehicle surfaces. So far, there haven’t been published any investigations into the real gas effect upon high-enthalpy hypersonic flow transition. Therefore, based on the linear/nonlinear stability theories and the adaptive chemical reaction mechanism, in combination with modern CFD methods, this work is firstly to develop numerical methods of high fidelity and efficiency, to resolve the mean high-enthalpy hypersonic flow-field. Then, stability analysis is to be carried out to understand the instability/transition mechanism in such flows. Consequently, a new transition/turbulence model will be proposed and validated in this study that considers the real gas effect in hypersonic flows, which could be used for the design of future space vehicles operating at medium/minimum altitude.
准确预测由层流向湍流的转捩过程是高超声速飞行器设计中的关键问题之一。随着高超声速飞行的未来发展,飞行器将进入更大的空域并扩展到更广泛的马赫数范围,高雷诺数和高焓来流使得机体表面流动的转捩过程与高温真实气体效应深度耦合。本项目旨在发展高效高精度的数值模拟方法,进而揭示高超声速高焓流动的失稳机理,总结高温真实气体效应对流动转捩的影响规律,并在此基础上建立适用于大规模并行计算的湍流/转捩模式,为中低空新型高超声速飞行器的设计与优化提供理论依据和技术支持。.本项目的研究成果主要包括:(1)建立了适用于高温热化学非平衡流场的稳定性分析理论,揭示了高温热化学非平衡效应对边界层稳定性的影响机制。研究发现,扰动所引发的非平衡效应影响区域相较于基本流更趋向下游,即扰动更倾向于热化学冻结状态。扰动方程中新出现的非平衡源项对稳定性的影响较小,非平衡过程主要通过改变基本流剖面间接影响稳定性。此外,考虑热化学过程的边界层中,声速依然是影响第二模态及更高模态(Mack模态)的关键参数。热化学平衡假设所导致的声速计算式变化能够解释边界层温度和厚度降低时,第二模态频率却反而下降的非常规现象。(2)根据上述机理分析结果,在项目负责人提出的符-王转捩/湍流模式中,考虑了高温热化学非平衡效应的影响,使之能够适用于大空域(海拔20至60公里)和宽马赫数(7至15)条件下气动力/热的高效精确数值预测。(3)该转捩/湍流模式成功应用于跨域飞行器的气动仿真,提供了全面的机体内外流动转捩图景,为航天科工四院某新型跨域飞行器热防护结构的精细化设计提供了有力支撑,并通过多次飞行试验得到了验证。
连接组蛋白H1.4的C端移码突变引起HIST1H1E综合征的异常染色质相分离机制
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批准号:32100417
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:王亮
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依托单位:
叶轮机械流动转捩/湍流机理的数值研究
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批准号:92052103
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:100.0万元
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批准年份:2020
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负责人:王亮
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依托单位:
振动壁面上的高超音速三维流动转捩的模式研究
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批准号:11572177
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王亮
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依托单位:
高超音速凹壁面边界层流动转捩的模式研究
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批准号:11202115
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王亮
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依托单位:
国内基金
海外基金