Numerical simulation of hypersonic flows using nonequilibrium air models

Abstract

В данной работе обсуждается построение и реализация математической модели, предназначенной для численного моделирования гиперзвукового обтекания сферы с учетом неравновесных физико-химических процессов, протекающих в высокотемпературном воздухе. Основной целью работы является исследование зависимости безразмерной толщины ударного слоя от числа Маха на основе данных, полученных в результате численного расчета, и сравнение данного результата с экспериментом. В дипломную работу входят 6 глав: введение, постановка задачи, математическая модель многокомпонентного реагирующего газа, численные методы, результаты численного моделирования, заключение. Во введении обсуждается актуальность проблемы, цель исследования. В главе "постановка задачи" обсуждаются основные допущения и формируются условия задачи. В следующей главе описывается математическая модель многокомпонентного реагирующего газа: основные уравнения газодинамики, модель турбулентности, однотемпературная и двухтемпературная модели неравновесной химической кинетики. В главе "численные методы" обоснован выбор численных методов и описаны, выбранные методы. В главе "Результаты численного моделирования" приводятся поля распределения газодинамических параметров и концентраций компонент, график зависимости безразмерной толщины ударного слоя от числа Маха. В главе "Заключение" подводятся итоги работы.

In this paper, we discuss the construction and implementation of a mathematical model designed for numerical simulation of hypersonic flow around a sphere, taking into account non-equilibrium physico-chemically processes occurring in high-temperature air. The main purpose of the work is to research the dependence of dimensionless thickness of the impact layer on the Mach number based on the data obtained as a result of numerical simulation, and to compare this result with the experiment. The work includes 5 chapters: introduction, problem statement, mathematical model of a multicomponent reacting gas, numerical methods, numerical simulation results, and conclusion. The introduction discusses relevance of the problem and the purpose of the research. In the "problem statement" chapter, the main assumptions are discussed and the conditions of the problem are formed. The next chapter describes the mathematical model of a multicomponent reacting gas: the basic equations of gas dynamics, the turbulence model, the one-temperature and two-temperature models of nonequilibrium chemical kinetics. In the chapter "numerical methods" the choice of numerical methods is substantiated and the chosen methods are described. In the chapter "Results and discussions", the distribution fields of gas-dynamic parameters and component concentrations are presented, as well as a plot of the dependence of the dimensionless thickness of the impact layer on the Mach number. The chapter "Conclusion" summarizes the results of the work.