高空高超声速锥体平衡与非平衡预测的不同模型对比研究
流体动力学
2026-01-16 v1
摘要
针对半锥角为 10 度、马赫数 M = 27、高度 H = 72 km 的锥体，进行了模拟，对比分析了不同平衡与非平衡气体模型的预测结果。在验证和网格研究之后，对气动性能、流场结构和特征分布进行了系统比较。主要发现如下：(1) 虽然整体流场结构大致相似，但底部位置的特征存在差异，例如高温分布各异。值得注意的是，在壁面附近，滑移和非滑移边界条件下的振动温度分布不同；(2) 平衡气体模型预测的阻力系数、壁面热流和摩擦系数均高于非平衡模型。不同非平衡模型之间的预测结果也存在差异。具体而言，与三温度模型相比，一温度和两温度模型预测的阻力系数更大，相对差异超过 5%。然而，三温度模型在有滑移和无滑移条件下的结果基本一致；(3) 平衡与非平衡特性的差异主要体现在激波层和尾迹区。在这些区域内，平衡气体的总体温度低于非平衡情况，而后者则明显表现出特定的非平衡特征，例如，平动-转动温度通常高于一温度模型的结果，而振动-电子温度则呈现相反趋势。值得注意的是，在三温度模型的滑移流动中，平动-转动温度更高，尤其是壁面附近和底部中心线处的振动温度甚至大于非滑移流动的对应值。
引用
@article{arxiv.2601.10050,
title = {Comparative study of equilibrium and non-equilibrium predictions by different models for a hypersonic cone at high-altitude},
author = {Mengyu Wang and Pan Yan and Qin Li and Zhenfeng Wang and Xiaoming Guo and Yuanchun Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.10050},
year = {2026}
}