第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究概况 3
1.2.1 气动热数值模拟研究 3
1.2.2 非平衡数值模拟研究 7
1.2.3 稀薄滑移流数值模拟研究 11
1.2.4 CFD并行计算数值模拟研究 12
第2章 差分格式的研究与对比 20
2.1 Riemann问题格式计算对比分析 20
2.1.1 非定常一维欧拉方程组 20
2.1.2 各种差分格式的介绍 21
2.1.3 Riemann问题计算分析比较 27
2.2 限制器应用对比分析 32
2.2.1 各种限制器的介绍 32
2.2.2 限制器计算对比分析 36
第3章 量热完全气体条件下的气动热数值模拟 40
3.1 量热完全气体控制方程 40
3.1.1 笛卡儿坐标形式 40
3.1.2 无量纲形式 42
3.1.3 坐标变换形式 43
3.2 差分格式 43
3.2.1 AUSMPW＋格式 44
3.2.2 M-AUSMPW＋格式 46
3.2.3 界面声速的求解 47
3.3 初边值条件 48
3.3.1 虚拟网格边界 48
3.3.2 边界条件 49
3.3.3 流场初始化 50
3.4 LU-SGS隐式方法 51
3.5 气动热数值模拟影响因素研究 53
3.5.1 网格相关性研究 53
3.5.2 收敛判别研究 61
3.6 进气道前缘气动热计算研究 67
3.6.1 问题与建模 67
3.6.2 计算与分析 68
3.6.3 进一步的讨论 72
第4章 高温热化学非平衡气动热数值模拟 74
4.1 高温热化学非平衡模型 74
4.1.1 高温非平衡效应与气体模型 74
4.1.2 化学冻结、化学平衡与化学非平衡 75
4.1.3 热力学平衡与非平衡 75
4.1.4 温度模型 76
4.2 三维可压缩流高温热化学非平衡控制方程 77
4.2.1 笛卡儿坐标系下有量纲形式 77
4.2.2 无量纲形式 80
4.2.3 一般曲线坐标系形式 81
4.3 物理化学模型 82
4.3.1 热力学关系式 82
4.3.2 输运系数 83
4.3.3 化学反应动力学模型 85
4.3.4 松弛过程和松弛时间 87
4.4 数值求解方法 89
4.4.1 AUSMPW＋格式在热化学非平衡方程中的应用 89
4.4.2 温度的求解 90
4.4.3 源项的处理 90
4.4.4 LU-SGS方法 93
4.4.5 边界条件及流场初始化 94
4.5 高温非平衡条件下的气动热算例计算与分析 95
4.5.1 二维圆柱计算算例 95
4.5.2 三维球头算例 107
第5章 高超声速滑移流动机理与计算模型分析 118
5.1 流动分区与数值计算方法 118
5.2 高超声速滑移流动机理 120
5.3 滑移边界条件模型 121
5.3.1 Maxwell滑移条件 123
5.3.2 Gokcen滑移条件 128
5.3.3 Lockerby滑移条件 130
5.3.4 比较与分析 132
5.4 壁面适应系数 135
第6章 高超声速滑移流气动热数值模拟研究 138
6.1 滑移流动条件下的网格效应研究 138
6.1.1 二维钝头计算分析 138
6.1.2 三维球头计算分析 147
6.2 稀薄滑移效应对流场特征的影响 152
6.2.1 流场特性 152
6.2.2 壁面特性 162
6.3 稀薄滑移效应对热流的影响 174
6.3.1 物体尺度对热流的影响 175
6.3.2 来流稀薄程度对热流的影响 177
6.4 化学平衡滑移流数值模拟研究 179
第7章 气动热并行计算数值模拟 185
7.1 CFD并行计算方法 185
7.1.1 CFD并行策略 186
7.1.2 分区网格处理与负载平衡 187
7.1.3 边界条件处理与数据交换 188
7.2 并行计算平台 189
7.2.1 PC集群式并行系统 189
7.2.2 大规模集群系统 190
7.3 并行计算应用与分析 191
7.3.1 量热完全气体圆柱并行算例 192
7.3.2 热化学非平衡球头并行算例 197
7.3.3 双椭球算例 198
7.3.4 ELECTRE钝锥算例 202
7.4 CFD大规模并行计算性能分析 207
7.4.1 算例并行测试 207
7.4.2 某乘波飞行器前体算例并行测试 211
7.4.3 数据并行计算的加速比和效率分析 214
7.5 返回舱外形算例 216
7.5.1 GSC算例计算条件 216
7.5.2 GSC算例计算网格及分区 217
7.5.3 流场结果及分析 218
附录A 量热完全气体数值通量雅可比矩阵 222
附录B 双温模型非平衡计算中数值通量及源项雅可比矩阵及相关推导 224
附录C 空气化学反应模型及组分常数表 227
参考文献 229