留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电弧加热器湍流平板试验流场计算分析

罗跃 周玮 杨鸿 陈卫

罗跃, 周玮, 杨鸿, 等. 电弧加热器湍流平板试验流场计算分析[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 86-92. doi: 10.11729/syltlx20160088
引用本文: 罗跃, 周玮, 杨鸿, 等. 电弧加热器湍流平板试验流场计算分析[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 86-92. doi: 10.11729/syltlx20160088
Luo Yue, Zhou Wei, Yang Hong, et al. CFD analysis of the arc heater turbulent flow field of flat plate testing[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 86-92. doi: 10.11729/syltlx20160088
Citation: Luo Yue, Zhou Wei, Yang Hong, et al. CFD analysis of the arc heater turbulent flow field of flat plate testing[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 86-92. doi: 10.11729/syltlx20160088

电弧加热器湍流平板试验流场计算分析

doi: 10.11729/syltlx20160088
详细信息
    通讯作者:

    罗跃 (1980-), 男, 四川内江人, 工程师。研究方向:高超声速飞行器热防护试验及测试技术研究。通信地址:四川省绵阳市中国空气动力研究与发展中心 (621000)。E-mail:myheater@sohu.com

  • 中图分类号: V211.74+4

CFD analysis of the arc heater turbulent flow field of flat plate testing

  • 摘要: 近年来新发展的变迎角方法增加了电弧加热器湍流平板试验的可控参数,大幅提升了试验模拟能力,但同时也增加了状态调试的复杂性。本文基于FLUENT软件,采用CFD方法分析了不同试验工况下的流场特性。通过与典型试验状态的测试数据比较,验证了计算方法的有效性,定量地给出不同弧室压力和模型迎角条件下校测平板表面主要气动热参数分布,结合流场激波反射、干扰和附面层分离等现象,总结分析了试验控制参数的影响规律,并根据研究结果提出了试验的基本原则。
  • 图  1  电弧湍流平板试验原理

    Figure  1.  Scheme of arc-heated turbulent flat plate testing

    图  2  计算域及边界条件

    Figure  2.  Domain and boundary condition

    图  3  生成的网格

    Figure  3.  Grid generation

    图  4  校测板

    Figure  4.  Calibration plate

    图  5  测点分布

    Figure  5.  Distributing of measurement spot

    图  6  试验过程照片

    Figure  6.  Photo of testing

    图  7  表面热流计算结果与测试数据对比

    Figure  7.  Comparison of computed surface heat flux of the calibration plate with the test data

    图  8  表面压力计算结果与测试数据对比

    Figure  8.  Comparison of computed surface pressure of the calibration plate with the test data

    图  9  不同迎角气流马赫数云图

    Figure  9.  Computed flowfield Mach number contours of various angle

    图  10  不同迎角气流静压云图

    Figure  10.  Computed flowfield pressure contours of various angle

    图  11  不同迎角校测模型表面压力数值计算与工程计算

    Figure  11.  CFD computed and inferred surface pressure of the calibration plate with various angle

    图  12  不同迎角校测模型表面热流分布

    Figure  12.  Computed surface heat flux of the calibration plate with various angle

    图  13  不同迎角校测模型表面压力分布

    Figure  13.  Computed surface pressure of the calibration plate with various angle

    图  14  拐角处流场流线图

    Figure  14.  Computed pathline of flowfield on corner

    图  15  不同总压流场马赫数云图

    Figure  15.  Computed flowfield Mach number contours of various inlet total pressure

    图  16  不同总压流场静压云图

    Figure  16.  Computed flowfield pressure of various inlet total pressure

    图  17  不同弧室压力模型表面热流分布

    Figure  17.  Computed surface heat flux of the calibration plate with various total pressure

    图  18  不同弧室压力模型表面压力分布

    Figure  18.  Computed surface pressure of the calibration plate with various total pressure

  • [1] 中国空气动力研究与发展中心. GJB7050-2010导弹防热材料电弧加热器湍流平板试验方法[S]. 北京: 总装备部军标出版发行部, 2010: 1.

    China Aerodynamics Research & Development Center. GJB 7050-2010 Plat test method in turbulent flow for thermal protection materials of missile at arc-heater[S]. Beijing:Military Standard Publication and Distribution Section of General Armament Department, 2010:1.
    [2] 张志成.高超声速气动热和热防护[M].北京:国防工业出版社, 2003:278-279.

    Zhang Z C. Hypersonic aerothermodynamic and thermal protection[M]. Beijing:National Defence Industry Press, 2003:278-279.
    [3] Tahir G, Kristina S. Computational analysis of arc-jet wedge calibration tests in IHF 6-inch conical nozzle[R]. AIAA-2009-1348, 2009.
    [4] Tahir G, Antonella I A, Kristina A S. Computational simulations of panel test facility flow:compression-pad arc-jet tests[R]. AIAA-2011-3635, 2011.
    [5] John A B, Tahir G, Frank C, et al. Calibration of the truncated panel test arc-jet facility[R]. AIAA-2009-4090, 2009.
    [6] Grant P, Dinesh P, Imelda T S. Arc jet facility test condition predictions using the ADSI code[R]. AIAA-2015-2663, 2015.
    [7] Balboni J A, Dinesh P, Imelda T S. Consolidating NASA's arc jets[R]. AIAA-2015-2667, 2015.
    [8] Balboni J A, Dinesh P, Imelda T S. On laminar to turbulent transition of arc-jet flow in the NASA Ames panel test facility[R]. AIAA-2012-3304, 2012.
    [9] Balboni J A, Dinesh P, Imelda T S. Computational simulation of high enthalpy arc heater flows[R]. AIAA-2006-1183, 2006.
    [10] Balboni J A, Dinesh P, Imelda T S. CFD analysis framework for arc-heated flowfields, Ⅱ:shear testing in arc-jets at NASA ARC[R]. AIAA-2009-4081, 2009.
    [11] Balboni J A, Dinesh P, Imelda T S. Computational simulations of the 10-MW TP3 arc-jet facility flow[R]. AIAA-2015-3103, 2015.
    [12] 张友华, 陈连忠.超声速湍流导管烧蚀流场稳定性研究[J].宇航材料工艺, 2010, (4):64-67. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHCG201004018.htm

    Zhang Y H, Chen L Z. Stability of ablative flow field of supersonic turbulent duct[J]. Aerospace Materials & Technology, 2010, (4):64-67. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHCG201004018.htm
    [13] 涂建强, 陈连忠, 许考.高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法[J].实验流体力学, 2015, 29(4):81-85. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract10864.shtml

    Tu J Q, Chen L Z, Xu K. Testing of combustor chamber material in arc jet flow mixing with transverse injected water[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2015, 29(4):81-85. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract10864.shtml
    [14] 李媛.基于Fluent的传热风洞流场品质研究[J].机械制造与自动化, 2012, 41(5):144-149. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZZHD201205050.htm

    Li Y. Study of flow quality of heat transfer wind-tunnel base on fluent[J]. Machine Building Automation, 2012, 41(5):144-149. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZZHD201205050.htm
    [15] 于胜春, 汤龙生.固体火箭发动机喷管及羽流流场的数值分析[J].固体火箭技术, 2004, 27(2):95-97. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ200402003.htm

    Yu S C, Tang L S. Numerical analysis of nozzle and plume flow field of a solid rocket motor[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2004, 27(2):95-97. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ200402003.htm
    [16] 杨鸿. 超声速湍流平板烧蚀试验技术研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2005.

    Yang H. The research on the supersonic turbulent flat ablationexperiment technique[D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2005.
    [17] 杨鸿, 陈伟芳, 柳森.电弧湍流平板烧蚀矩形喷管研制及应用[J].实验流体力学, 2006, 20(1):27-30. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract9456.shtml

    Yang H, Chen W F, Liu S. The development and application on rectangular nozzle of arc turbulent flat plate ablation test[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2006, 20(1):27-30. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract9456.shtml
    [18] 隆永胜, 胡振震, 袁竭, 等.椭圆喷管设计与数值模拟[J].实验流体力学, 2015, 29(3):80-86. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract10848.shtml

    Long Y S, Hu Z Z, Yuan J, et al. Design and numerical simulation of an elliptical nozzle[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2015, 29(3):80-86. http://www.syltlx.com/CN/abstract/abstract10848.shtml
    [19] 邹宁. 超声速喷管设计及其数值模拟和实验研究[D]. 南京: 南京航天航空大学, 2009.

    Zou N. Supersonic nozzle design and its investigation with numerical and experimental methods[D]. Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2009.
    [20] 王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社, 2004:161-172.

    Wang F J. Computational fluid dynamic analysis[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2004:161-172.
  • 加载中
图(18)
计量
  • 文章访问数:  169
  • HTML全文浏览量:  80
  • PDF下载量:  3
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-01
  • 修回日期:  2016-09-26
  • 刊出日期:  2017-04-25

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日