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Dimaxer仿真算例:高超声速双椭球流热强耦合大涡模拟2024-05-29

1、算例描述

当飞行速度高于5马赫,飞行器外部气动流场和飞行器结构内部温度场之间会通过流固交界面发生显著的相互作用,这种物理现象通常被称为共轭传热(Conjugate Heat Transfer,CHT)。

本算例使用秩益科技Dimaxer2023R2对具有机头构型特征的双椭球模型进行CHT 仿真计算。

Dimaxer使用完全耦合的方法计算共轭传热,即将整个计算域(包括流体和固体区域)同时求解,(流体求解可压缩Navier-Stokes方程)并在每个流体时间步求解和更新整个计算域的能量场。双椭球模型算例工况为8.04马赫数,单位雷诺数1.13x107,此算例验证了Dimaxer2023R2求解共轭换热问题的功能。

2、几何模型
高超双椭球模型为两个具有不同轴长的同心半椭球垂直相贯形成,后段接一等截面椭圆柱构成,模型全长200mm,横向最大尺寸131.6mm,最大高度105.3mm,其几何模型如下图所示: 

图片1.png

高超双椭球计算几何模形示意图

3、计算网格

网格模型为半模。

网格类型为全六面体网格,第一层网格高度为0.0024mm,y plus小于3,网格总数量约为70万。

如图所示:

20240416-120756.jpg

20240416-120837.jpg

高超双椭球网格总体与局部放大图

4、边界条件

边界条件信息:模型物面为粘性固壁边界,Y=0平面为对称边界,外边界设置为总温总压入口和压力出口。

流体使用理想气体模型,粘度根据Sutherland定律确定。固体侧的物性参数见下表:

图片3.png

固体物性参数表

5、计算结果

流场云图:

飞书20240416-110510.gif

高超双椭球对称面压力场

图片5.png

高超双椭球对称面温度场

图片7.png

高超双椭球瞬时涡系结构(Q准则,流向速度着色)

对称面压力系数和热流密度

对称面压力系数分布和试验值对比如下图所示:

图片8.png

对称面压力系数分布和试验值对比

图为Dimaxer计算的热流密度与试验对比:以标准球头(R=15 mm)模型零攻角下的驻点热流密度值作为热流参考值Q=568.4kW/m2。

图片9.png

图片10.png

对称面下表面(上)和上表面(下)热流密度系数分布和试验值对比

6、计算效率

本算例计算使用70万网格,4阶精度求解,求解点约4480万。计算至30个流动周期稳定,使用4张4090GPU卡,每个流动周期需6.2GPU小时。计算完成约需要46.5个小时。

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