用于烧蚀表面边界条件的扩展B'公式
流体动力学
2023-10-13 v2
摘要
B'公式可理解为反应奇异面上的质量与能量守恒形式体系。在高超声速应用中,它通常用于计算烧蚀表面处气体混合物的化学平衡性质,并估计界面的后退速度。在论文前半部分,我们推导B'公式以强调基本原理。特别地,尽管我们最终专门考虑满足传热与传质类比的化学平衡边界层这一常见情形,但我们首先推导了一个通用的界面跳跃条件,借此凸显著名B'方程的所有潜在假设。该过程有助于阐明B'形式体系的本质,也使我们能够直接扩展原始公式。具体而言,当应用于多孔材料与边界层之间的界面时(如热防护系统应用),原始公式假设气态组分从多孔材料到边界层的单向平流输运(即吹气)。然而,在高超声速飞行或地面风洞中可能出现的情况下,由于有利的压力梯度,边界层气体可进入多孔材料。我们表明该情形可通过对其B'形式体系的直接修改轻松处理,并通过示例证明考虑进入材料的气体会影响所预测的烧蚀表面后退速度。为便于在现有材料响应代码中实现扩展B'公式,我们在第5节给出简短算法,并指引读者至一个GitHub仓库,其中公开提供用于生成修正B'表的脚本。
引用
@article{arxiv.2310.07080,
title = {An Extended B' Formulation for Ablating-Surface Boundary Conditions},
author = {Alberto Padovan and Blaine Vollmer and Francesco Panerai and Marco Panesi and Kelly A. Stephani and Daniel J. Bodony},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.07080},
year = {2023}
}