基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究

• Published in: 爆炸与冲击 Vol. 44; no. 2; pp. 99 - 115
• Main Authors: 张洲铭, 李贤, 朱雨建, 李祝飞, 龚红明, 罗喜胜
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院力学研究所,北京 100190 01.02.2024; 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室,四川绵阳 621000%中国科学技术大学近代力学系,安徽合肥 230027; 中国科学技术大学近代力学系,安徽合肥 230027%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%中国科学技术大学近代力学系,安徽合肥 230027
• Subjects: 立方型气体状态方程; effective test time; 有效试验时间; shock tunnel; high-pressure gas effect; 激波风洞; 高压真实气体效应; 准一维数值模拟; cubic equation of state; quasi-one-dimensional simulation
• ISSN: 1001-1455
• DOI: 10.11883/bzycj-2023-0184

O354.7; 采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理.研究表明:对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况.高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微.稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系.提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间.对于所测试的激波风洞构型,在150MPa氢气驱动110kPa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38％.适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响.