【摘 要】
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临近空间飞行器因各部件尺寸差异较大,在高空高马赫数条件下飞行会出现多流区共存的多尺度复杂非平衡流动现象,流场中的气体分子速度分布函数与当地位置、流场分子速度、气体密度、流动速度、温度、热流矢量、应力张量等相关.通过分析玻尔兹曼方程的一阶查普曼-恩斯科近似解,构造了一种同时考虑热流矢量和应力张量影响、满足玻尔兹曼方程高阶碰撞矩的跨流域统一可计算模型方程,并在数学上分析了其守恒性、H定理等基本属性,证明了新模型方程与玻尔兹曼方程的相容性,给出了新模型与现有模型如沙克霍夫(Shakhov)模型等的递进关系,基于
【机 构】
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中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所, 四川绵阳 621000;北京航空航天大学国家计算流体力学实验室, 北京 100191
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临近空间飞行器因各部件尺寸差异较大,在高空高马赫数条件下飞行会出现多流区共存的多尺度复杂非平衡流动现象,流场中的气体分子速度分布函数与当地位置、流场分子速度、气体密度、流动速度、温度、热流矢量、应力张量等相关.通过分析玻尔兹曼方程的一阶查普曼-恩斯科近似解,构造了一种同时考虑热流矢量和应力张量影响、满足玻尔兹曼方程高阶碰撞矩的跨流域统一可计算模型方程,并在数学上分析了其守恒性、H定理等基本属性,证明了新模型方程与玻尔兹曼方程的相容性,给出了新模型与现有模型如沙克霍夫(Shakhov)模型等的递进关系,基于碰撞动力学确定了各流域统一气体分子碰撞松弛参数表达式.在气体动理论统一算法中采用新建模型及现有模型模拟了一维激波结构、二维近空间飞行环境平板和多体圆柱干扰流动,并与直接模拟蒙特卡洛方法对比分析,结果表明在流场中粘性效应显著的区域新建模型能更好地捕捉激波位置,尤其是在激波内部新模型模拟的宏观参数分布与直接模拟蒙特卡洛方法结果符合更好,验证了新模型的有效性和可靠性,同时说明在非平衡显著的流动区域碰撞松弛模型受多参数共同作用的影响.
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