奥拉夫·马尔克森;蒂埃里·马金（Thierry E.Magin）。;Eric S.G.Shaqfeh。;吉安卢卡·伊卡里诺 用有限速率化学直接数值模拟高超声速边界层不稳定性的方法。 （英语） Zbl 1349.76128号 J.计算。物理学。 255, 572-589 (2013). 小结：本文提出了一种新的数值方法，允许在高超声速流体流动的直接数值模拟过程中考虑化学反应气体。该方法包括流体力学模型求解器和提供物理化学模型的库的直接耦合。流体力学模型的数值方法使用显式时间推进格式和高阶有限差分，将可压缩的Navier-Stokes方程积分。该Navier-Stokes程序可用于研究层湍流转捩和边界层不稳定性。物理化学模型的数值方法提供了不同气体的热力学和传输特性以及化学生成速率，而这里我们只考虑五种空气混合物。新方法在马赫数为10的多个试验案例中得到了验证，包括正激波下游的一维高温流、局部热力学平衡下的高超声速化学反应边界层和具有有限速率化学的高超音速反应边界层。我们能够证实扩散通量在局部热力学平衡中对高温边界层起着重要作用。此外，我们证明了先前被视为非平衡化学研究基准的情况下的流动可以被视为冻结。最后，通过考虑小振幅波的下游演变，并将结果与冻结气体和处于局部热力学平衡的气体的结果进行比较，应用新方法研究了有限速率化学对边界层不稳定性的影响。 引用于10文件 MSC公司： 76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟 76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用 76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程 76小时05 跨音速流动 76伏05 流动中的反应效应 关键词：Navier-Stokes方程;有限差分法;边界层不稳定性;直接数值模拟;超音速和高超音速流动;化学反应流;粘度、扩散和导热性;热力学性质;状态方程 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{O.Marxen}等人，《计算杂志》。物理学。255572--589（2013年；Zbl 1349.76128） 全文： 内政部 参考文献： [1] Anderson，J.D.，《高超音速和高温气体动力学》（2000），美国航空航天局 [3] Hornung，H.G.，高超音速真实气体对跃迁的影响，（Meier，G.；Sreenivasan，K.，IUTAM边界层研究百年研讨会（2006），施普林格：施普林格荷兰），335-344 [4] Germain，P.D。；Hornung，H.G.，超高速流动中细长圆锥体的过渡，实验流体，22183-190（1997） [5] Malik，M.R.，《利用抛物线化稳定性方程和化学效应进行高超音速飞行过渡数据分析》，J.Spacecr。火箭，40，3，332-344（2003） [6] 约翰逊·H·B。；塞普，T。；Candler，G.V.，锥体上高超音速反应边界层过渡的数值研究，Phys。流体，10，10，2676-2685（1998） [7] Hudson，M.L。；北卡罗来纳州乔卡尼。；Candler，G.V.，热化学非平衡条件下高超声速流动的线性稳定性，AIAA J.，35，6，958-964（1997）·Zbl 0893.76022号 [8] Stuckert，G。；Reed，H.L.，高超声速化学反应激波层中的线性扰动，AIAA J.，32，7，1384-1393（1994）·Zbl 0808.76031号 [11] 刘，Y。；Vinokur，M.，《非平衡流计算》。I.守恒定律数值公式分析，J.Compute。物理。，83, 373-397 (1989) ·Zbl 0672.76080号 [12] 坎德勒，G.V。；Nompelis，I.，《大气进入的计算流体动力学》，（RTO-EN-AVT-162非平衡气体动力学——从物理模型到高超音速飞行（2009年），冯·卡曼研究所：冯·卡门研究所，比利时罗德-圣吉尼斯），15.1-15.56 [13] Reed，H.，化学反应在高超音速流动中的作用，（RTO-EN-AVT-151层流湍流过渡建模进展（2008），冯·卡曼研究所：冯·卡曼研究所，比利时罗得岛-圣热内塞），13.1-13.18 [14] 希尔伯特，R。；水龙头，F。；El-Rabii，H。；Thèvenin，D.，详细化学和传输模型对湍流燃烧模拟的影响，Prog。能源燃烧。科学。，30, 1, 61-117 (2004) [15] Najm，H.N。；Wyckoff，P.S。；Knio，O.M.，反应流的半隐式数值格式。I.刚性化学，J.Compute。物理。，143, 381-402 (1998) ·Zbl 0936.76064号 [16] Day，M.S。；Bell，J.B.，复杂化学层流反应流动的数值模拟，库布斯特。理论模型。，4, 535-556 (2000) ·Zbl 0970.76065号 [17] Najm，H。；Knio，O.，《用详细的化学和传输模拟低马赫数反应流》，《科学杂志》。计算。，25, 263-287 (2005) ·Zbl 1203.80025号 [18] Nicoud，F.，低马赫数流动的保守高阶有限差分格式，J.Compute。物理。，158, 1, 71-97 (2000) ·Zbl 0973.76068号 [19] Zhong，X.，计算高速非平衡反应流的加性半隐式Runge-Kutta方法，J.Compute。物理。，128，1，19-31（1996年）·Zbl 0861.76057号 [20] Kaneko，M。；男鞋，I。；Nakamura，Y.，高焓激波风洞中非平衡流动的数值模拟，能源，30，2-4，165-179（2005） [21] 马蒂欧，G。；潘塔诺，C。；Dimotakis，P.E.，使用与线性稳定性结果的相关性验证流体动力学解算器，J.Compute。物理。，227, 11, 5385-5396 (2008) ·Zbl 1220.76056号 [22] 段，L。；Martín，M.P.，《验证包括有限速率反应在内的壁湍流直接数值模拟的程序》，AIAA J.，47，1，244-251（2009） [23] Prakash，A。；帕森斯，N。；王，X。；Zhong，X.，化学和热非平衡高超声速流动直接数值模拟的高阶激波传播方法，J.Compute。物理。，230, 23, 8474-8507 (2011) ·兹比尔1337.76041 [24] Coussement，A。；吉奎尔，O。；考达尔，J。；菲奥莉娜，B。；Degrez，G.，《复杂热化学反应性可压缩流动数值模拟的三维边界条件》，J.Compute。物理。，231, 17, 5571-5611 (2012) ·Zbl 1277.76070号 [25] O.马尔森。；Magin，T。；艾卡里诺，G。；Shaqfeh，E.S.G.，研究高超声速边界层不稳定性（包括高温气体效应）的高阶数值方法，Phys。流体，23，8，084108（2011） [26] Nagarajan，S。；Lele，S.K。；Ferziger，J.H.，大涡模拟的稳健高阶方法，J.Compute。物理。，191, 392-419 (2003) ·Zbl 1051.76030号 [27] Nagarajan，S。；Lele，S.K。；Ferziger，J.H.，旁路过渡中的前沿效应，J.流体力学。，572, 471-504 (2007) ·Zbl 1145.76025号 [28] O.马尔森。；艾卡里诺，G。；Shaqfeh，E.，马赫数4.8边界层中二维粗糙度诱导分离和激波的扰动演化，J.流体力学。，648, 435-469 (2010) ·Zbl 1189.76445号 [29] Marxen，O.公司。；艾卡里诺，G。；Shaqfeh，E.，使用不同气体模型对高超声速不稳定性进行数值模拟，（2007年年度研究简报，斯坦福大学湍流研究中心） [30] Magin，T.E。；Degrez，G.，《部分电离和非磁化等离子体的传输算法》，J.Compute。物理。，198, 2, 424-449 (2004) ·Zbl 1116.76476号 [31] Park，C.，《美国国家航空航天局未来任务的化学动力学问题回顾》。I-地球条目，J.Thermophys。热传输。，7, 3, 385-398 (1993) [32] 帕克，C。；Jaffe，R.L。；Partridge，H.，双曲线地球入口的化学动力学参数，J.Thermophys。热传输。，15, 1, 76-90 (2001) [33] （Gurvich，L.V.；Veyts，I.V.；Alcock，C.B.，个别物质的热力学性质，元素O，H（D，T），F，Cl，Br，I，He，Ne，Ar，Kr，Xe，Rn，S，N，P及其化合物，第1卷（1989年），半球出版公司：纽约半球出版公司） [34] 王，W。；Yee，H.C。；斯约格林，B。；Magin，T。；Shu，C.-W.，非平衡流的低耗散高阶良好平衡滤波方案的构建，计算机J。物理。，230, 11, 4316-4335 (2011) ·Zbl 1343.76037号 [35] Magin，T.E。；Caillault，L。；Bourdon，A。；Laux，C.O.，惠更斯进入探测器的非平衡辐射热通量建模，J.Geophys。研究，111，E07S12，1-11（2006） [36] Malik，M.R。；Anderson，E.C.，《真实气体对高超声速边界层稳定性的影响》，Phys。流体A，3，5，803-821（1991）·Zbl 0732.76040号 [38] Ramshaw，J.D.，多组分气体混合物中的自洽有效二元扩散，J.非平衡。热电偶。，15, 3, 295-300 (1990) ·Zbl 0718.76083号 [39] 马云（Ma，Y.）。；Zhong，X.，平板上超音速边界层的可接受性。第1部分：。波结构与相互作用，《流体力学杂志》。，488, 31-78 (2003) ·Zbl 1063.76544号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。