本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器高溫流場(chǎng)的非平衡光譜輻射特性研究

  更多相關(guān)文章： 非平衡輻射 雙溫度模型 大氣再入 熱化學(xué)非平衡 超聲速流動(dòng)

【摘要】：飛行器進(jìn)入大氣時(shí)周?chē)鲌?chǎng)會(huì)形成很強(qiáng)的激波,激波后溫度和壓力顯著增加,引發(fā)熱化學(xué)非平衡反應(yīng)。高溫氣體的輻射效應(yīng)對(duì)飛行器表面熱流的影響非常顯著,為了有效地設(shè)計(jì)飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng),就需要求解高溫流場(chǎng)的輻射特性。本文基于Park雙溫度反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)RAM_CII探測(cè)器再入地球大氣時(shí)周?chē)邷亓鲌?chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了高溫流場(chǎng)的氣體動(dòng)力學(xué)特性和光譜輻射特性,分析了激波后高溫流場(chǎng)不同位置非平衡程度的大小,然后用逐線(xiàn)法求解了激波后高溫流場(chǎng)的光譜輻射特性。雙溫度模型和其演化得到的多溫度模型是現(xiàn)階段數(shù)值模擬高超聲速飛行器周?chē)瞧胶夥磻?yīng)流場(chǎng)的主要模型。本文基于考慮振動(dòng)能守恒的歐拉方程來(lái)求解RAM_CII探測(cè)器再入地球大氣時(shí)距地高度為61 km、71 km和81 km時(shí)周?chē)鲌?chǎng)的分布,非平衡效應(yīng)用雙溫度模型來(lái)表征,考慮的反應(yīng)氣體混合物組分分別為5組分、7組分和11組分。數(shù)值模擬得到的滯止線(xiàn)上溫度、組分濃度的分布與文獻(xiàn)吻合,電子數(shù)密度與飛行試驗(yàn)探測(cè)的結(jié)果吻合。高溫區(qū)域分布在頭部激波后的流場(chǎng)。隨著高度的增加,流場(chǎng)溫度增加,激波脫體距離增大,組分?jǐn)?shù)密度減小,從壁面到自由來(lái)流電子數(shù)密度沿徑向先減小后增大。同時(shí),本文定義了一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)“非平衡度”,用來(lái)表征流場(chǎng)不同位置非平衡程度的大小。通過(guò)分析表明,緊貼激波的薄層區(qū)域非平衡度高達(dá)0.9,是整個(gè)流場(chǎng)非平衡度最大的區(qū)域。在求解氣體輻射特性時(shí),逐線(xiàn)法能得到高分辨率、高精度的結(jié)果。本文基于模擬獲得的流場(chǎng)數(shù)據(jù),采用逐線(xiàn)法求解高溫氣體的光譜輻射特性。分析研究了滯止線(xiàn)上一點(diǎn)1000-150000 cm-1范圍內(nèi)空氣等離子體的非平衡輻射機(jī)制,包括束縛-束縛躍遷、束縛-自由躍遷和自由-自由躍遷。結(jié)果表明,在紅外波段,自由-自由躍遷和NO的紅外電子譜帶對(duì)吸收系數(shù)的貢獻(xiàn)較大;在近紅外和可見(jiàn)光波段,N、O原子的離散躍遷和N2、N2+的離散躍遷對(duì)吸收系數(shù)的貢獻(xiàn)較大;在紫外波段,原子的離散躍遷和原子分子的光電離躍遷對(duì)吸收系數(shù)的貢獻(xiàn)較大。
【關(guān)鍵詞】：非平衡輻射 雙溫度模型 大氣再入 熱化學(xué)非平衡 超聲速流動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V419
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 非平衡反應(yīng)流的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 高溫氣體光譜輻射特性的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第2章 非平衡反應(yīng)流數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)14-24
• 2.1 控制方程14-18
• 2.2 化學(xué)模型18-21
• 2.3 能量交換模型21-22
• 2.4 數(shù)值方法22-23
• 2.5 非平衡反應(yīng)流數(shù)值模擬的計(jì)算軟件：CFD-FASTRAN23
• 2.6 本章小節(jié)23-24
• 第3章 高溫氣體輻射的理論基礎(chǔ)24-37
• 3.1 輻射機(jī)制24-35
• 3.1.1 束縛-束縛躍遷24-33
• 3.1.2 束縛-自由躍遷33-34
• 3.1.3 自由-自由躍遷（韌致躍遷）34-35
• 3.2 廣義的基爾霍夫-普朗特定律35-36
• 3.2.1 離散躍遷35
• 3.2.2 光電離躍遷35-36
• 3.2.3 光離解躍遷36
• 3.2.4 韌致躍遷36
• 3.3 本章小節(jié)36-37
• 第4章 飛行器再入地球大氣非平衡反應(yīng)流數(shù)值模擬37-51
• 4.1 物理模型37-38
• 4.2 結(jié)果分析38-50
• 4.2.1 五組分模擬結(jié)果38-40
• 4.2.2 七組分模擬結(jié)果40-42
• 4.2.3 十一組分模擬結(jié)果42-50
• 4.3 本章小節(jié)50-51
• 第5章 激波后高溫氣體非平衡光譜輻射特性分析51-62
• 5.1 程序正確性驗(yàn)證51-52
• 5.2 輻射機(jī)制研究52-61
• 5.2.1 束縛-束縛躍遷52-55
• 5.2.2 束縛-自由躍遷55-58
• 5.2.3 自由-自由躍遷58-61
• 5.3 本章小節(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 致謝71

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本文編號(hào)：822399