火星進(jìn)入艙氣動(dòng)熱的催化效應(yīng)及非平衡效應(yīng).pdf

1、火星是太陽(yáng)系八大行星之一，屬類(lèi)地行星。火星探測(cè)能夠提高國(guó)家科研技術(shù)水平，航天技術(shù)的發(fā)展能夠帶動(dòng)其他各行業(yè)的科技進(jìn)步。深空探測(cè)必須要解決高超聲速氣動(dòng)加熱問(wèn)題，熱化學(xué)非平衡現(xiàn)象和壁面催化效應(yīng)是影響高超聲速氣動(dòng)熱數(shù)值模擬結(jié)果的關(guān)鍵因素。為了對(duì)探測(cè)器的氣動(dòng)熱環(huán)境進(jìn)行更精確的數(shù)值模擬，必須探究更精確更符合實(shí)際的數(shù)學(xué)物理模型。
　　本文以火星探路者號(hào)(MPF)進(jìn)入艙為例，利用商業(yè)軟件CFD-FASTRAN對(duì)其進(jìn)行二維軸對(duì)稱(chēng)N-S方程求解，比較

2、了不同化學(xué)反應(yīng)模型和壁面催化條件對(duì)模擬結(jié)果的影響。
　　首先，本文建立了熱化學(xué)非平衡流的二維軸對(duì)稱(chēng)數(shù)學(xué)模型，并以RAM-C為例，采用空氣的5組分化學(xué)反應(yīng)模型及完全催化壁條件，分別計(jì)算了單溫模型與雙溫模型的熱化學(xué)非平衡流場(chǎng)，結(jié)果表明:不同溫度模型主要影響壁面熱流的對(duì)流換熱部分，數(shù)值模擬結(jié)果也與文獻(xiàn)對(duì)比良好。
　　其次，以MPF為例，對(duì)其進(jìn)入火星大氣層過(guò)程中三個(gè)典型時(shí)間點(diǎn)下的二維氣動(dòng)熱環(huán)境進(jìn)行模擬，其中化學(xué)反應(yīng)模型采用火星大氣8

3、組分模型，壁面分別采用完全催化壁條件和非催化壁條件，比較了不同壁面催化條件對(duì)模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明:壁面催化條件通過(guò)影響壁面附近組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布，影響壁面熱流值的組分?jǐn)U散部分，完全催化壁條件對(duì)應(yīng)熱流值結(jié)果較非催化壁條件最大高50％。另外，不同壁面催化條件對(duì)MPF外流場(chǎng)的壓力分布，馬赫數(shù)分布，激波脫體距離以及溫度分布影響不大。
　　最后，分別采用火星大氣的8組分化學(xué)反應(yīng)模型和11組分化學(xué)反應(yīng)模型對(duì)MPF三個(gè)工況下的二維氣動(dòng)熱環(huán)境