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二维高超声速后台阶表面传热特性实验研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2015
  • 页码:-
  • 分类:V430[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
  • 作者机构:[1]国防科学技术大学,航天科学与工程学院,长沙410073
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11172326,11302256),国防科技大学科研计划(批准号:0100010112001)资助的课题.
  • 相关项目:高超声速湍流NPLS精细测试新方法及其应用的研究
中文摘要:

高超声速后台阶流动是大气层内高速飞行器发动机设计、表面热防护以及高超声速拦截器红外成像窗口气动光学效应校正等诸多先进高超声速技术研发过程中所涉及的一类基础流动问题。研究高超声速后台阶流动特性对有效提升飞行器综合性能,进一步掌握高超声速流动机理具有重大基础意义。本文以二维高超声速后台阶流动为研究对象,在KD-01高超声速激波风洞中测量了二维后台阶模型表面传热系数和表面静压,并将实测台阶下游表面传热系数分布同采用高超声速边界层理论所得估计值进行了比较。为进一步验证实验结果,使用NPLS技术测量了其中一种实验状态下台阶周围流动结构。研究发现,对于二维高超声速后台阶流动,台阶下游表面传热分布受台阶处边界层外缘流动特性的直接影响;在台阶下游分离区和再附区内,气体黏性占主导作用;在台阶下游远场区域,边界层流动特性趋同于平板边界层;下游边界层基本结构取决于台阶处边界层相对厚度。对高超声速后台阶流动,若使用数值模拟方法研究气动热问题,应当使用湍流模型。

英文摘要:

Hypersonic rearward-facing step flow is one of the basic flow problems in the design of engine for endo-atmospheric hypersonic vehicle, including thermal protection, and aero-optical correction for infrared imaging window of hypersonic interceptors, etc. To know the characteristics of hypersonic rearward-facing step flow is of vital importance in improving the performances of vehicles, and understanding the basis of the flow. This paper investigates the characteristics of a two-dimensional hypersonic rearward-facing step flow, measures the surface heat transfer coe?cient and the surface static pressure downstream the step, and compares the results with the values predicted using the hypersonic boundary layer theory. And the results are demonstrated by the flow structure visualization using NPLS (nano-based planar laser scattering) technique. It is concluded that for the hypersonic two-dimensional rearward-facing step flow, the surface heat transfer distribution can be determined directly by the boundary layer edge parameters at the step;and the viscous effect dominates the flow characteristic in the separation and reattachment region; whole in the far-field region downstream the step, the heat transfer coe?cient approaches an asymptotic value that may be equal to the turbulent flat plate value. Furthermore, the boundary layer structure may depend on the ratio of boundary layer thickness to the height of step. It is concluded that, when studying the problem of hypersonic rearward-facing step using CFD (computational fluid dynamics) technology, choosing an appropriate turbulent model is needed.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876