近临界 CO2 中热释放诱导平面激波的无量纲缩放
流体动力学
2017-02-08 v1 计算物理
摘要
我们进行了高分辨率一维完全可压缩 Navier-Stokes 模拟，研究近临界 CO2 中热释放诱导的压缩波。计算设置受 Miura 等人 (Phys. Rev. E, 2006) 实验启发，由一个封闭无粘（一维）管道构成，两端为绝热硬壁，内充三种超临界压力的 CO2。相应的初始温度值沿拟沸腾线选取。近临界条件下 CO2 的热力学和输运性质通过 Peng-Robinson 状态方程和 Chung 方法建模。在距一端一定距离处施加热源，热释放强度跨域 10^3-10^11 W/m^2，对于 < 10^9 W/m^2 的值产生等熵压缩波。对于更高的热释放率，此类压缩波合并并具有明显的激波状特征（例如非等熵性以及传播马赫数可测量地大于1），并且由于强热力学非线性，存在非均匀的激波后状态。所得压缩波强度已通过热膨胀系数（近临界流体中高度可变）进行坍缩，该系数用作参考能量的缩放参数之一。所提出的缩放适用于等熵热声波以及激波强度高达2的激波。长期时间积分揭示了压缩波的共振行为，在每个共振周期升高平均压力和温度。当停止热注入时，产生膨胀波，其抵消压缩波，留下传导作为唯一的热弛豫过程。在长期演化中，实验观察到的共振波幅度衰减通过使用等温边界条件定性地重现。
引用
@article{arxiv.1702.01832,
title = {Dimensionless scaling of heat-release-induced planar shock waves in near-critical CO2},
author = {Mario Tindaro Migliorino and Carlo Scalo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1702.01832},
year = {2017}
}
备注
As submitted to AIAA SciTech 2017, available at http://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2017-0086