导读:本文包含了热化学非平衡论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:声速,超声速,热化学,化学,方程,数值,算法。
热化学非平衡论文文献综述
傅杨奥骁,董维中,丁明松,刘庆宗,高铁锁[1]（2019）在《高焓电弧风洞试验热化学非平衡流场数值模拟》一文中研究指出针对高焓电弧风洞内部流动的热化学非平衡效应及气体组分和振动能量冻结效应导致的试验数据外推困难问题,基于高焓风洞喷管/试验段/试验模型一体化数值模拟的思路,通过数值求解叁维热化学非平衡NavierStokes方程,开展了FD-15高焓电弧风洞典型运行状态下流场的数值模拟,与典型试验状态的气动热数据进行了对比验证,研究了试验数据外推飞行条件的方法及有效性问题,分析了提高驻室总压对试验数据外推的影响。研究表明:(1)风洞试验段来流离解度高,热化学非平衡效应及其冻结现象严重;(2)热流校核试验测量数据位于一体化数值模拟的完全催化热流和非催化热流之间,分布合理,验证了计算方法和程序的正确性;(3)试验模型安放位置对模型表面压力和热流存在影响,模型与喷管出口的距离越大,模型表面压力和热流越低;(4)当驻室总压较低时,通过双尺度模拟准则(模拟飞行条件总焓和双尺度参数ρ∞L)外推热流失效,使用部分模拟准则(模拟飞行条件总焓和驻点压力)外推热流也会出现较大差异,在非催化条件下这一现象更加明显;(5)当驻室总压较高时,使用双尺度模拟准则或部分模拟准则外推飞行条件,产生的热流差异明显减小。(本文来源于《实验流体力学》期刊2019年03期）
董海波[2]（2018）在《化学非平衡流计算方法改进及其应用》一文中研究指出相对于量热完全气体流动控制方程组的求解过程,超声速化学非平衡流动属于典型的时空多尺度物理问题,其控制方程组存在严重的刚性,给数值求解带来了很大困难。隐式方法和解耦方法是两种常用的求解刚性问题的计算方法:隐式方法的时间步长可以不受稳定性的限制,但是其缺点是计算量较大,在每一个时间步内的迭代都需要对矩阵进行求逆计算。解耦方法将多物理问题分解为若干个子问题,计算过程中避免了矩阵求逆所带来的巨大计算量,其缺点体现在不同方法的数值不稳定性会对计算结果产生影响。改进解耦方法中引入等效能量和等效比热比,对能量方程进行改造后将控制方程组分解成流动和化学反应相互独立的两部分,每一部分可以采取各自的成熟方法对其进行计算。本文在改进解耦方法的基础上,继续对超声速流动中混合气体的燃烧现象进行数值模拟,以提高计算效率为目的开展相关理论研究。针对化学反应常微分方程组进行线性化改造,使其满足精细积分方法的求解形式。采用精细积分方法对多个数值算例进行模拟,与其他两种传统计算方法的模拟结果进行对比,体现精细积分方法求解化学反应常微分方程组的优良特性。流动部分控制方程组描述的是多组元混合气体的冻结流动,根据流动现象的本质,提出了流动算子优化方法:在更新求解变量的过程中,采用记录进出相邻单元边界的对流通量和扩散通量对组元密度进行时间更新,方程求解数目的减少可以提高流动算子的计算效率。针对经典的弹道靶实验进行数值模拟,通过模拟结果的对比,体现流动算子优化方法对计算效率的影响。化学反应的发生需要满足一定的条件,在未发生化学反应或反应达到平衡的空间区域内组元质量生成率接近为零,结合反应动力学理论提出了反应算子空间自适应方法:对全场计算单元进行判断,满足准则条件的单元进行化学反应的迭代求解,最终实现化学反应自适应开启/关闭的功能。采用该方法对多个超声速流动中混合气体的燃烧问题进行数值模拟,通过数据结果的对比表明反应算子空间自适应方法对计算效率的影响。结合流动算子优化方法和反应算子空间自适应方法对叁维问题进行综合测试,针对存在侧向喷流干扰的超声速流动问题,考虑化学非平衡流模拟方法的计算结果更为接近于实验数据;将侧喷发动机作为提供气动力的辅助装置,验证了两级入轨飞行器分离方案设计,同时表明本文所提出的方法能够应用于实际工程问题的数值模拟。(本文来源于《大连理工大学》期刊2018-11-30）
石晓峰[3]（2018）在《激波反射干扰及其热化学非平衡效应》一文中研究指出在高超声速飞行中,气流在经历强激波压缩和边界层滞止后会出现高温,使气体的振动能被激发,气体分子发生离解甚至电离。此时气体热化学属性与常温下量热完全气体有很大差异。在高空低密度情况,高温气体效应引发的物理化学过程需要很长的弛豫时间才能达到平衡态,飞行器整体流动可能处于非平衡态,气流的组分、温度等参数在流场内不再均匀。热化学非平衡效应对激波的形状和位置、分离区的大小和壁面的气动力热性能都有着重要的影响。目前热化学非平衡效应对钝头体绕流等简单流动已经有了较充分的认识,但热化学非平衡效应在激波反射、激波-边界层干扰等复杂流动现象中具体作用和机制还有待进一步探究。本文围绕运动激波反射和激波-边界层干扰问题展开研究,对热化学非平衡流中马赫杆形状和激波-边界层干扰特性进行了重点讨论。本文首先描述了热化学非平衡流的控制方程,对控制方程中所需的热力学模型、化学反应模型、混合气体输运模型和湍流RANS模型等物理化学模型进行了介绍。接着对控制方程的离散方法,网格界面处无粘通量格式,壁面条件处理等数值方法进行了介绍。通过发展得到的热化学非平衡流程序,对球锥、圆柱和压缩拐角这几种构型的绕流运动进行了数值模拟。对于这些典型构型绕流中激波的位置,壁面热流和压力,分离区大小等关键参数进行了校核,数值与实验吻合地较好。同时还给出常用的两种化学模型在钝头体绕流表现出来的差异。此外对数值模拟边界层流动中壁面网格的要求展开了一些的讨论。通过无粘的数值模拟,对准定常激波反射中马赫杆的变形特性展开了分析。给出了两种典型的马赫杆变形流场,并讨论了其变形形成的机制。介绍了不同入射激波马赫数下马赫杆形状的演变过程和高温气体效应在其中所起的作用,发现高温气体效应对马赫杆变形起到促进作用。此外得到了非平衡弛豫效应对马赫杆变形改变的规律。基于准定常激波反射中流场的自相似假设,提出采用质量守恒(体积守恒)的思想对马赫杆波后扰动进行定量分析,给出了无粘流动中马赫杆变形的理论预估公式。理论预估的变形量与数值模拟结果吻合得较好。此外还将模型与前人的模型进行了对比,本模型适用于更广泛的斜劈倾角范围内。在理论模型的基础上发现高温气体效应促进马赫杆变形的内在机制在于其激波后的吸热效应。对马赫杆凹陷或者凸起的转变临界进行了分析,反射激波的曲率是马赫杆形状转变的关键。通过数值模拟和SF6实验考察了边界层在马赫杆变形中的作用。对不同斜劈倾角和入射激波马赫数下的SF6准定常激波反射进行了实验,并采用相应的数值模拟来对其中现象进行解释。在边界层作用下射流会提前发生卷曲,而斜劈倾角越大,这种效应越显着。由于实验在很难进行多尺度的研究,采用数值模拟的方法讨论了雷诺数或者说尺度效应对边界层效应的影响。发现不同尺度下壁面射流将出现不同形态,并或多或少都会使马赫杆变形变弱。通过惯性力和粘性力的相互关系,讨论了射流表现出不同形态的原因。在真实的物理环境下,入射激波往往难以保持平直的状态。利用爆炸波这种典型的曲面激波研究了非定常性对马赫杆变形的影响的。在爆炸波反射中,马赫杆从一开始就处于剧烈变形中,而热化学非平衡效应此时并不会促进马赫杆的变形,反而表现出抑制变形。基于波系演变的几何关系和马赫杆顶部偏转假设,对叁波点轨迹线进行了理论预估。理论值较好的吻合了数值模拟结果。尝试采用准定常下马赫杆变形的理论模型对爆炸波中马赫杆变形的演变规律进行解释,流场历史遗留信息对马赫杆变形有着重要的影响。双楔和进气道是激波-边界层干扰中的典型内外流构型。对于双楔构型,分别讨论了两种工况下来流轻微偏转、前缘钝化和层湍流边界层对流场波系和壁面热流的影响,并得出压缩拐角处转捩可能是数值和实验一直难以满足一致性的关键性因素。对马赫9的高超声速进气道在起动和不起动状态下热化学非平衡效应进行了讨论。介绍了不起动时流场喘振过程中波系的演化和喘振发生的内在机制。总结了不同堵塞比下进气道的喘振频率和起动临界条件,发现高温气体效应会使喘振的临界堵塞比增加,同时喘振时振荡频率降低。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2018-11-01）
刘景源[4]（2018）在《场协同原理在高超声速化学非平衡流动中的推广》一文中研究指出应用理论分析与数值模拟方法,将对流传热的场协同原理从不可压缩流动推广至高超声速化学非平衡流动中。结果表明,高超声速化学非平衡层流与湍流的热流密度取决于流动的当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同研究高超声速化学非平衡流动的壁面传热问题,对层流流动下的对流传热,不但计及了高超声速化学非平衡流的密度变化对热流密度的影响,而且包括了静焓梯度、压力梯度、边界层内的分子黏性剪切效应对热流密度的作用;对湍流问题,除了上述层流流动各项对热流密度的影响外,还计及了雷诺剪切应力对热流密度的作用。考虑到高超声速化学非平衡流静焓的定义,高超声速化学非平衡层流及湍流的场协同同时计及所有组分的平动能、转动能、振动能及电子能等梯度的贡献。(本文来源于《宇航学报》期刊2018年08期）
刘君,董海波,张文昊[5]（2018）在《化学非平衡解耦算法精度分析及其改进》一文中研究指出模拟化学非平衡流问题涉及到流动方程和化学反应方程两部分的求解,流动方程组中包含所有组元的偏微分方程,导致求解变量成数量级增加,点隐算法和全隐算法在求解源项刚性问题时,通常会涉及到矩阵求逆运算,这些因素带来的巨大计算量限制了隐式算法在复杂工程问题中的应用。1993年刘君提出了化学非平衡流解耦算法,将控制方程组分解为流动和化学反应两部分,流动方程的求解采用冻结流假设来描述流体微团沿流线的运动过程,化学反应方程的求解描述流体微团在随体坐标系下发生绝热、定容的爆炸过程。结合解耦算法和有限体积法的特点对这种解耦算法进行改进,提出的优化算法不需要求解组元变量所对应的偏微分方程组,只求解由5个基本变量构成的,形式上与量热完全气体近似的偏微分方程组,通过对比计算结果发现优化算法可以显着地提高计算效率。同时,将精细积分方法应用于化学非平衡流问题的求解中,通过与传统的VODE方法和α-QSS方法对比发现,精细积分方法的鲁棒性更优、精度对时间步长不敏感,适当的选取时间步长,可以充分发挥精细积分方法的优势。(本文来源于《空气动力学学报》期刊2018年04期）
白贺之,陈兵,徐旭[6]（2018）在《基于PNS方程的高超声速热化学非平衡喷管流动数值模拟》一文中研究指出针对高超声速飞行器在高速飞行时,高温效应对气动热、气动力等均将产生不可忽视的影响的现象,通过双温度模型的构建和单次扫描空间推进数值方法的运用,求解热化学非平衡的抛物化Navier-Stokes方程,对高焓喷管中的叁维非平衡流场进行数值仿真,并分析了高温效应对高超声速流动的影响。计算结果给出了喷管轴线上的马赫数、平动温度和振动温度以及流动静压的曲线分布和部分参数的云图分布,并与相应的文献和试验数据进行了对比。结果表明:数值仿真计算结果与参考数据较为吻合,通过双温度模型的添加,目前的程序可以对高超声速热化学非平衡喷管流动进行较为准确的数值仿真。(本文来源于《战术导弹技术》期刊2018年04期）
李中华,党雷宁,李志辉[7]（2018）在《高超声速化学非平衡流动Navier-Stokes/DSMC耦合算法》一文中研究指出基于相同的化学反应模型,在已有计算流体力学(CFD)和直接仿真蒙特卡罗(DSMC)方法及程序的基础上,采用Modular Particle-Continuum(MPC)耦合技术,建立了包含化学非平衡Navier-Stokes/DSMC耦合算法。算法结构中DSMC计算区域在CFD计算结果上根据当地克努森数自动选取。发展了适用于流场分区信息交换的亚松弛技术,抑制DSMC方法对CFD计算的影响。把DSMC方法和CFD的应用范围拓展到过渡流区,为复杂飞行器近连续过渡流区高超声速化学非平衡流动数值模拟研究提供了一种工程适用的预测分析手段。通过对二维圆柱高超声速化学非平衡绕流的算例与其他结果的比较研究,表明耦合算法不论在流场结构、流场非平衡现象,还是飞行器表面参数、整体气动力/热特性方面,都能够得到与全DSMC计算吻合的结果,证实了所建立的Navier-Stokes/DSMC耦合计算模型与方法的有效性和可靠性。仿真了某航天器解体碎片在过渡区的化学非平衡流动,得到碎片在过渡区的气动力/热特性,为碎片的陨落计算提供依据。(本文来源于《航空学报》期刊2018年10期）
张文昊[8]（2018）在《化学非平衡流求解方法的研究》一文中研究指出带有燃烧现象的流动是航空航天领域一种普遍的流动现象,数值模拟带有燃烧的流动现象也是计算流体力学(Computational Fluid Dynamics-CFD)领域的热点和难点。描述化学非平衡流的控制方程,由于引入化学反应源项,使得控制方程具有严重的刚性,给数值计算带了极大的困难,需要寻求一种快速高效的计算方法,提高化学非平衡流的计算效率。本文以刘君解耦算法为基础,将描述化学非平衡流的控制方程分为流动和化学反应两部分,本文主要研究化学反应部分的求解,首次将精细积分算法应用到化学动力学方程的求解上,提出两种系数矩阵的推导方式和一种带有预测校正步的精细积分优化方法,研究了加权参数对精细积分的计算稳定性和计算精度的影响。利用Fortran计算机语言,编写了基于精细积分算法求解化学动力学方程的程序,针对六种不同的化学反应机理,分别进行零维燃烧数值模拟,将精细积分算法的计算结果与传统刚性求解器VODE和拟稳态算法α-QSS进行对比,分析叁种方法在不同反应机理、不同初始条件下的表现,精细积分的计算结果与传统方法符合较好,可用于化学非平衡流化学部分的求解并一定程度地提高计算效率。(本文来源于《大连理工大学》期刊2018-06-08）
杨建龙,刘猛[9]（2018）在《电离对高超声速热化学非平衡气动热环境的影响》一文中研究指出高超声速飞行,激波后高温气体会发生电离,飞行器气动热环境复杂。5组元(N_2,O_2,NO,O,N)、7组元(N_2,O_2,NO,O,N,NO+,e-)和11组元(N_2,O_2,NO,O,N,N+2,O+2,NO+,O+,N+,e-)热化学反应采用Gupta化学反应模型,分别数值研究电离作用对高超声速热化学非平衡气动热环境影响。本文分析了不同催化壁面条件下,高超声速热化学非平衡电离流场气动热环境特性。电离作用对激波离体距离和气动力载荷的影响很小。5组元热化学非平衡不考虑电离作用,流场温度和壁面热流密度偏大。11组元热化学平衡强电离流场温度最低; 7组元热化学非平衡弱电离流场NO+和e-生成量过低; 11组元热化学反应能对热化学非平衡电离流场气动力和热流密度载荷可靠预测。壁面催化作用会增大壁面热流密度,但它对高超声速热化学非平衡电离流场温度和气动力载荷的影响很小。(本文来源于《北京航空航天大学学报》期刊2018年11期）
孙鹏[10]（2018）在《高超声速热化学非平衡流的仿真模拟》一文中研究指出临近空间高超声速飞行器在未来国家安全发展中起着重要作用,是各国竞相发展的一项顶尖技术,近几年发展十分迅速。然而,当飞行器飞行速度达到一定临界值时,飞行器的动能会转换成周围空气的内能,从而产生高温效应,导致飞行器周围的空气发生离解、电离以及原子复合等一系列复杂的化学反应和物理效应,在飞行器周围生成“等离子体鞘套”。“鞘套”的存在会产生一系列严重的问题,比如影响雷达探测、飞行器与地面的通讯等。本文在国内外研究基础上,以CFD-Fastran软件为平台,对典型目标高超声速飞行器热化学非平衡气体绕流流场进行仿真模拟,获得绕流流场等离子体温度、压强以及化学反应各组分分布情况,分析不同因素对仿真结果的影响。此外,针对激波管问题进行仿真研究,是本文主要创新点,介绍理想状态下激波管内流场的变化情况,分析不同截面形状对激波管内流场分布的影响,探讨激波管内斜激波形成机理,并以相关实验模型为基础建模并仿真。为后续等离子体计算提供了大量数据。本文主要工作如下:1、对高超声速热化学非平衡仿真模拟相关的理论知识进行介绍,如热力学平衡与非平衡模型,化学平衡与非平衡等模型;对涉及的CFD-Fastran软件功能做以说明,包括控制方程的数值解法、温度模型、化学反应模型、初始条件以及边界条件的设定等;2、以CFD-Fastran软件为平台,对RAMC-II飞行实验进行了仿真研究,分析不同化学反应模型对仿真结果的影响,并与参考文献进行比对;对叁维钝锥模型进行流场仿真,分析温度模型、高度、马赫数、攻角等参数对绕流流场仿真结果的影响,尤其是攻角对仿真结果的影响是本文的创新点之一;3、针对激波管问题进行研究。首先给出了理想情况下激波管内流场参数变化的定性描述,推导正激波方程;其次通过对不同截面激波管的建模、网格划分和流场仿真分析截面形状对激波管内气体运动的影响;最后对Ф800mm激波管进行仿真,探讨激波与截取试验段作用后的运动情况。(本文来源于《西安电子科技大学》期刊2018-05-01）
热化学非平衡论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
相对于量热完全气体流动控制方程组的求解过程,超声速化学非平衡流动属于典型的时空多尺度物理问题,其控制方程组存在严重的刚性,给数值求解带来了很大困难。隐式方法和解耦方法是两种常用的求解刚性问题的计算方法:隐式方法的时间步长可以不受稳定性的限制,但是其缺点是计算量较大,在每一个时间步内的迭代都需要对矩阵进行求逆计算。解耦方法将多物理问题分解为若干个子问题,计算过程中避免了矩阵求逆所带来的巨大计算量,其缺点体现在不同方法的数值不稳定性会对计算结果产生影响。改进解耦方法中引入等效能量和等效比热比,对能量方程进行改造后将控制方程组分解成流动和化学反应相互独立的两部分,每一部分可以采取各自的成熟方法对其进行计算。本文在改进解耦方法的基础上,继续对超声速流动中混合气体的燃烧现象进行数值模拟,以提高计算效率为目的开展相关理论研究。针对化学反应常微分方程组进行线性化改造,使其满足精细积分方法的求解形式。采用精细积分方法对多个数值算例进行模拟,与其他两种传统计算方法的模拟结果进行对比,体现精细积分方法求解化学反应常微分方程组的优良特性。流动部分控制方程组描述的是多组元混合气体的冻结流动,根据流动现象的本质,提出了流动算子优化方法:在更新求解变量的过程中,采用记录进出相邻单元边界的对流通量和扩散通量对组元密度进行时间更新,方程求解数目的减少可以提高流动算子的计算效率。针对经典的弹道靶实验进行数值模拟,通过模拟结果的对比,体现流动算子优化方法对计算效率的影响。化学反应的发生需要满足一定的条件,在未发生化学反应或反应达到平衡的空间区域内组元质量生成率接近为零,结合反应动力学理论提出了反应算子空间自适应方法:对全场计算单元进行判断,满足准则条件的单元进行化学反应的迭代求解,最终实现化学反应自适应开启/关闭的功能。采用该方法对多个超声速流动中混合气体的燃烧问题进行数值模拟,通过数据结果的对比表明反应算子空间自适应方法对计算效率的影响。结合流动算子优化方法和反应算子空间自适应方法对叁维问题进行综合测试,针对存在侧向喷流干扰的超声速流动问题,考虑化学非平衡流模拟方法的计算结果更为接近于实验数据;将侧喷发动机作为提供气动力的辅助装置,验证了两级入轨飞行器分离方案设计,同时表明本文所提出的方法能够应用于实际工程问题的数值模拟。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
热化学非平衡论文参考文献
[1].傅杨奥骁,董维中,丁明松,刘庆宗,高铁锁.高焓电弧风洞试验热化学非平衡流场数值模拟[J].实验流体力学.2019
[2].董海波.化学非平衡流计算方法改进及其应用[D].大连理工大学.2018
[3].石晓峰.激波反射干扰及其热化学非平衡效应[D].中国科学技术大学.2018
[4].刘景源.场协同原理在高超声速化学非平衡流动中的推广[J].宇航学报.2018
[5].刘君,董海波,张文昊.化学非平衡解耦算法精度分析及其改进[J].空气动力学学报.2018
[6].白贺之,陈兵,徐旭.基于PNS方程的高超声速热化学非平衡喷管流动数值模拟[J].战术导弹技术.2018
[7].李中华,党雷宁,李志辉.高超声速化学非平衡流动Navier-Stokes/DSMC耦合算法[J].航空学报.2018
[8].张文昊.化学非平衡流求解方法的研究[D].大连理工大学.2018
[9].杨建龙,刘猛.电离对高超声速热化学非平衡气动热环境的影响[J].北京航空航天大学学报.2018
[10].孙鹏.高超声速热化学非平衡流的仿真模拟[D].西安电子科技大学.2018
论文知识图
