前缘脱体激波稀薄连续耦合模拟

    对于姿控喷管、激光推进、脱体激波等努森数变化范围大、计算域中同时存在连续稀薄流动且不能解耦的问题,全部使用DSMC计算代价过大,需要进行连续稀薄耦合。本节所述的圆柱前缘脱体激波便是典型的例子。

    计算工况为:来流速度=4800m/s,马赫数范围:5~12,静压=5.47Pa,努森数=0.078。

    1. 几何外形及边界条件设置

    导入如下图所示的三维圆柱形前缘外形,进行计算测试。物体外形为使用ICEM构造的CGNS格式的体网格文件。网格数48773,分为3个网格块。网格布置如图 21所示。

    计算域分为内外两个区域,其间用耦合界面相接,如图 20所示。外区:Kn>0.01,为DSMC计算域。内区:Kn<0.001,为传统CFD连续流计算域。计算域前为入口,后为真空出口,壁面设为绝热壁。

    2. 流场计算

    Hi-Flowrarefied对二维圆柱形前缘外形进行连续稀薄耦合计算(2万结构网格,单核计算),耗时8小时。在内区(激波波后)分子密度大,努森数小,为连续流区,使用传统CFD软件进行计算;外区分子密度小,为稀薄流区,使用DSMC方法进行计算。

    从结果可见,流场结构如激波等可以顺利地跨越耦合界面(但如果激波位于耦合界面附近,精度将下降),如下图所示。当激波不在耦合交界面上时,DSMC计算得到的脱体距离与理论估算( )得到的激波脱体距离基本吻合,如表1所示。