高超声速CO2稀薄气体振动激发与DSMC方法实现

摘要：

针对火星独特的CO2 稀薄气体环境以及探测器高超声速进入火星过程中的高温真实气体效应,研究了CO2多振动模式的激发特性.采用非结构网格和直接模拟蒙特卡洛法(Direct Simulation Monte Carlo method,DSMC),基于非谐振子振动激发模型,通过将CO2 离解能均分到 4 种振动模态,进而限制各模态最高振动能级,模拟了含CO2的 5 组分 17 反应的高温稀薄真实气体化学反应模型.计算了"火星探路者"在火星大气环境 65 km高度、进入速度为 7 453 m/s、攻角为 0°下的高温化学非平衡效应流场.结果表明:CO2 在激波后大量分解并消耗大量能量;迎风面激波中各组分占比与探测器物面特性等均与文献结果相符,证明了本文对于CO2 振动激发处理方法的可行性.在此基础上加入N2 组分,模拟火星大气 8 组分 44 基元化学反应流场,通过改变来流密度与马赫数分析了流场特性的变化.结果表明:随着来流密度减小,流场温度呈现先增加后减小的趋势,物面热流密度增大;来流马赫数增加使得流场温度和压力上升,物面热流密度提高但是热流密度系数变化幅度很小.

关键词：高超声速、二氧化碳、振动激发、化学反应、直接模拟蒙特卡洛法

所属期刊栏目：35

分类号：V411(基础理论及试验)

资助基金：基础加强重点研究项目

在线出版日期：2023-07-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：87-95