高超声速火星进入环境中颗粒运动特性研究

摘要：

火星大气中会发生不同规模的沙尘暴,大气中蕴含的尘埃颗粒会对高速进入的火星探测器表面造成侵蚀并导致壁面热流增加,给探测器的热防护系统设计带来巨大挑战.文章针对高超声速火星进入环境两相流动问题,基于Euler-Lagrange框架建立非平衡流场与颗粒的单向耦合计算方法,采用模态半径为 0.35 μm的火星大气颗粒分布模型,研究不同尺寸颗粒在流场中的运动轨迹,获得高温相变模型对颗粒运动的影响以及不同粒径颗粒的撞击能量分布.结果表明,颗粒在高温流场中运动会吸热融化甚至蒸发,高温相变模型导致的颗粒直径减小对小尺寸颗粒运动轨迹有较大影响;当前计算状态下,直径 3 μm以上的颗粒具有较大的Stokes数且颗粒半径在运动过程中基本保持不变,其运动轨迹受流场影响较小,该尺寸颗粒的撞击分数均达 95%以上,是造成壁面撞击的主要颗粒尺寸;撞击能量分数结果表明,直径 3～10 μm之间的颗粒是撞击能量的主要来源,约占总撞击能量的80%.

关键词：火星进入、颗粒流、单向耦合、高超声速、热防护系统

所属期刊栏目：55

分类号：O35(流体力学)

资助基金：广东省重点领域研发计划;国家自然科学基金;国家自然科学基金;中国科学院青年创新促进会项目

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1451-1462