高速流場(chǎng)中弓形激波的紫外輻射特性建模.pdf

1、中圖分類號(hào)：TK123學(xué)校代碼：10213UDC：621.1.016.7密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文中文封面高速流場(chǎng)中弓形激波的高速流場(chǎng)中弓形激波的紫外輻射特性建模紫外輻射特性建模碩士研究生：馮萇春導(dǎo)師：談和平教授董士奎教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：工程熱物理所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要導(dǎo)彈在大氣層中飛行時(shí)，迎面氣流在導(dǎo)彈頭部劇烈壓縮，形

2、成弓形激波。在超高聲速飛行條件下，由于飛行器壁面和大氣的劇烈摩擦，在飛行器的頭部及其周圍的空氣會(huì)出現(xiàn)很高的溫度，以至空氣中的組分間發(fā)生劇烈的碰撞等，進(jìn)而發(fā)生能級(jí)躍遷、光化學(xué)反應(yīng)、雙原子分子離解、分子和原子的電離等一系列復(fù)雜的非平衡化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。這些因素能很大程度上改變激波層內(nèi)氣體的熱力學(xué)特性。在高空區(qū)域高速飛行時(shí)，由于空氣稀薄，分子平均自由程變大，流場(chǎng)粒子間的碰撞頻率下降，在計(jì)算流場(chǎng)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)模型和低空的模型又略有不同。對(duì)弓形激波紫外

3、的探索研究，可以為飛行器噴焰紫外預(yù)警驗(yàn)證所建立模型的正確性，開(kāi)展這些研究具有重要的意義。本文主要對(duì)飛行器弓形激波流場(chǎng)的計(jì)算和弓形激波中的NO(A)紫外光譜輻射強(qiáng)度計(jì)算方法建模展開(kāi)研究，并通過(guò)國(guó)外的兩次著名的紫外輻射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析，主要內(nèi)容如下：(1)目標(biāo)流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算研究。研究了國(guó)外的多種對(duì)高溫空氣化學(xué)反應(yīng)模型的適用性，本文主要采用Park5組分、7組分化學(xué)反應(yīng)模型和Boyd的2007年高空稀薄氣體反應(yīng)模型。

4、首先用FASTRAN軟件對(duì)低空流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，特別是在飛行海拔40km高度計(jì)算的流場(chǎng)結(jié)果和文獻(xiàn)模擬的數(shù)據(jù)能夠很好的吻合；對(duì)飛行海拔71km流場(chǎng)的計(jì)算吻合度最好。然后用DSMC對(duì)更加稀薄的環(huán)境進(jìn)行了分析計(jì)算。并且和文獻(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比。(2)弓形激波中NO(A)數(shù)密度的建模和光譜輻射強(qiáng)度計(jì)算研究。研究了計(jì)算流場(chǎng)中NO(A)的化學(xué)反應(yīng)模型，本文采用了“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型”。在處理過(guò)程中，應(yīng)用了細(xì)致平衡原理計(jì)算了逆化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)。并對(duì)各種組分對(duì)NO(A)