研究有助于理解高超音速流动

  伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员利用在NASA Langley Mach 6风洞中收集的数据,通过直接数值模拟复制了压缩坡道流的高超声速流动条件。模拟产生了大量的附加数据,这些数据可用于更好地了解以超音速行驶的车辆周围发生的现象。

研究有助于理解高超音速流动

  “来自实验的数据是有限的,例如,从测试对象上几个位置的压力探头获取的数据。当我们进行数值模拟时,我们获取有关整个流动的信息,例如压力,温度,密度和流体速度。伊利诺伊州航空航天工程系的博士生Fabian Dettenrieder说:“这可以帮助解释一些实验学家发现的事情,但由于缺乏数据而无法完全解释。”

  该研究模拟了用于操纵飞机的机翼末端的控制面。在这种情况下,它模拟了一个包括前缘的平板,该平板具有35度的压缩坡道配置,该配置先前已在Langley高超音速风洞中进行了实验测试。

  德特里德(Dettenrieder)解释说,高超音速流动很复杂。流动的高能量会导致很大的压力和热负荷,除了冲击外,还会在实验和数值上带来挑战性的问题。在这项研究中考虑的流动配置涉及一个超临界坡度角,导致固有地不稳定的分离气泡。准确地捕获此现象非常复杂,因为它对周围环境(如声噪声和湍流)高度敏感。此外,车辆外部的面板越薄(通常是通过优化重量来推动的)越有可能开始偏离完全刚性的行为,从而导致与流体的相互作用,并可能增加流体的复杂性结构系统。

  并且,除了在自然环境中造成湍流的因素外,风洞本身还会引起声学干扰,从而可能触发导致湍流的不稳定流体运动。

  “我们认为,实验数据与先前的2-D模拟之间存在差异是由于风洞壁产生的声辐射的缺乏。在此3-D模拟中,我们复制了风洞实验在安静和嘈杂的条件下-通过在计算域的远场边界处引入自由流干扰来实现嘈杂。

  他说:“以前已经研究了声干扰的影响,但没有在这种高音速斜坡结构的背景下进行研究。” “我们能够准确地规定自由流的声学扰动。” 他说,他们观察到的内容增加了对实验中观察到的非稳态流动现象的基本理解。

  该模拟在Frontera上运行,Frontera是美国国家科学基金会资助的位于德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯高级计算中心的超级计算机系统。Dettenrieder的教职顾问是Blue Waters教授Daniel Bodony,他在Frontera上获得了500万个节点小时的分配,用于研究流体-热-结构的相互作用。

  Dettenrieder说,该模拟继续在Frontera上运行,并且尚未完成。他说:“这是非常费力和费时的。” “我每天检查几次,以确保其正常运行。它正在继续获取更多数据,这些数据将提供更多信息,以帮助我们了解高超音速流动的复杂性。”

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