卜少科　薛雅心

摘 要： 高超聲速流動情況下，氣流經(jīng)過強(qiáng)激波后溫度升高，發(fā)生電離和離解，導(dǎo)致局部存在等離子流并進(jìn)而產(chǎn)生誘導(dǎo)磁場和電場，流動經(jīng)過與磁場、電場的相互作用變得更加復(fù)雜。如果在高超速流場中人為加入磁場，則可以改變流場結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對流動的控制，達(dá)到減阻、熱防護(hù)等目的。首先完成了磁流體力學(xué)控制方程推導(dǎo)，然后對FLUENT軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使其具備磁流體力學(xué)控制方程即MHD的數(shù)值模擬能力，最后進(jìn)行了高超聲速鈍頭體MHD流動的數(shù)值模擬研究。

關(guān)鍵詞： 高超聲速； 磁流體力學(xué)； FLUENT； 阻力系數(shù)

中圖分類號： TN972+.4?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0137?03

0 引 言

高超聲速氣流經(jīng)過強(qiáng)烈的激波后，很大部分動能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為空氣分子內(nèi)能，空氣分子的熱運(yùn)動加劇，導(dǎo)致高溫真實(shí)氣體效應(yīng)，產(chǎn)生電離和離解，從而流動產(chǎn)生磁場。磁流體力學(xué)研究的是磁場作用下帶電粒子的運(yùn)動規(guī)律，所以很自然地可以運(yùn)用到高超聲速流場。在高超聲速流場中人為地外加磁場就能改變流場的結(jié)構(gòu)。磁流體力學(xué)的應(yīng)用對高超聲速飛行器可以帶來以下作用：

減少飛器的阻力和熱源：外加磁場使飛行器外部流場里的帶電粒子受到洛倫茲力作用改變粒子運(yùn)動，進(jìn)而改變激波特性，使得激波脫體距離增加，波后流場參數(shù)的梯度減小。因此磁場干擾可以達(dá)到有效地改善飛行器的阻力和熱防護(hù)的影響。

增加超燃發(fā)動機(jī)在非設(shè)計狀態(tài)下的進(jìn)氣量：通過外加磁場的方法產(chǎn)生使粒子向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)部運(yùn)動，增加發(fā)動機(jī)的非設(shè)計狀態(tài)的進(jìn)氣量，擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的有效工作范圍。

產(chǎn)生額外能源：外加適當(dāng)磁場可以使帶電粒子流動產(chǎn)生電能，此方法可以為高超聲速飛行器在飛行中補(bǔ)充電能。

磁流體力學(xué)對超高聲速飛行器的應(yīng)用不僅僅局限于以上例子。由于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)需要風(fēng)洞速度達(dá)到高超聲速等極其苛刻條件，難于直接實(shí)驗(yàn)，所以采用數(shù)字模擬研究，能為基礎(chǔ)研究提供一些理論依據(jù)。

1 磁流體力學(xué)方程及求解方法

1.1 磁流體力學(xué)控制方程[1]

4 結(jié) 論

本文運(yùn)用FLUENT軟件的用戶自定義函數(shù)功能，進(jìn)行了軟件的二次開發(fā)，在N?S方程基礎(chǔ)上增加了電磁場控制方程的求解功能，從而實(shí)現(xiàn)了MHD方程的數(shù)值求解。運(yùn)用所開發(fā)的程序模塊，研究了外加磁場對高超聲速鈍頭體流動的影響，計算結(jié)果表明外加適當(dāng)?shù)拇艌?，可以使高超聲速飛行器的激波強(qiáng)度減弱，駐點(diǎn)壓力降低，阻力系數(shù)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘勇.高超聲速流場磁場干擾效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[2] 安德森.空氣動力學(xué)基礎(chǔ)[M].4版.北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3] 李鳳蔚.空氣與氣體動力學(xué)引論[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[4] 陸志良.空氣動力學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5] 鄭波.天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)高超聲速系統(tǒng)繞流的數(shù)值模擬[D].北京：北京航空航天大學(xué)，1998.

[6] 楊銀軍，竇志國，段立偉.超聲速來流中橫向噴流角度對流動與混合特性的影響[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（17）：151?154.

摘 要： 高超聲速流動情況下，氣流經(jīng)過強(qiáng)激波后溫度升高，發(fā)生電離和離解，導(dǎo)致局部存在等離子流并進(jìn)而產(chǎn)生誘導(dǎo)磁場和電場，流動經(jīng)過與磁場、電場的相互作用變得更加復(fù)雜。如果在高超速流場中人為加入磁場，則可以改變流場結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對流動的控制，達(dá)到減阻、熱防護(hù)等目的。首先完成了磁流體力學(xué)控制方程推導(dǎo)，然后對FLUENT軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使其具備磁流體力學(xué)控制方程即MHD的數(shù)值模擬能力，最后進(jìn)行了高超聲速鈍頭體MHD流動的數(shù)值模擬研究。

關(guān)鍵詞： 高超聲速； 磁流體力學(xué)； FLUENT； 阻力系數(shù)

中圖分類號： TN972+.4?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0137?03

0 引 言

高超聲速氣流經(jīng)過強(qiáng)烈的激波后，很大部分動能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為空氣分子內(nèi)能，空氣分子的熱運(yùn)動加劇，導(dǎo)致高溫真實(shí)氣體效應(yīng)，產(chǎn)生電離和離解，從而流動產(chǎn)生磁場。磁流體力學(xué)研究的是磁場作用下帶電粒子的運(yùn)動規(guī)律，所以很自然地可以運(yùn)用到高超聲速流場。在高超聲速流場中人為地外加磁場就能改變流場的結(jié)構(gòu)。磁流體力學(xué)的應(yīng)用對高超聲速飛行器可以帶來以下作用：

減少飛器的阻力和熱源：外加磁場使飛行器外部流場里的帶電粒子受到洛倫茲力作用改變粒子運(yùn)動，進(jìn)而改變激波特性，使得激波脫體距離增加，波后流場參數(shù)的梯度減小。因此磁場干擾可以達(dá)到有效地改善飛行器的阻力和熱防護(hù)的影響。

增加超燃發(fā)動機(jī)在非設(shè)計狀態(tài)下的進(jìn)氣量：通過外加磁場的方法產(chǎn)生使粒子向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)部運(yùn)動，增加發(fā)動機(jī)的非設(shè)計狀態(tài)的進(jìn)氣量，擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的有效工作范圍。

產(chǎn)生額外能源：外加適當(dāng)磁場可以使帶電粒子流動產(chǎn)生電能，此方法可以為高超聲速飛行器在飛行中補(bǔ)充電能。

磁流體力學(xué)對超高聲速飛行器的應(yīng)用不僅僅局限于以上例子。由于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)需要風(fēng)洞速度達(dá)到高超聲速等極其苛刻條件，難于直接實(shí)驗(yàn)，所以采用數(shù)字模擬研究，能為基礎(chǔ)研究提供一些理論依據(jù)。

1 磁流體力學(xué)方程及求解方法

1.1 磁流體力學(xué)控制方程[1]

4 結(jié) 論

本文運(yùn)用FLUENT軟件的用戶自定義函數(shù)功能，進(jìn)行了軟件的二次開發(fā)，在N?S方程基礎(chǔ)上增加了電磁場控制方程的求解功能，從而實(shí)現(xiàn)了MHD方程的數(shù)值求解。運(yùn)用所開發(fā)的程序模塊，研究了外加磁場對高超聲速鈍頭體流動的影響，計算結(jié)果表明外加適當(dāng)?shù)拇艌?，可以使高超聲速飛行器的激波強(qiáng)度減弱，駐點(diǎn)壓力降低，阻力系數(shù)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘勇.高超聲速流場磁場干擾效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[2] 安德森.空氣動力學(xué)基礎(chǔ)[M].4版.北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3] 李鳳蔚.空氣與氣體動力學(xué)引論[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[4] 陸志良.空氣動力學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5] 鄭波.天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)高超聲速系統(tǒng)繞流的數(shù)值模擬[D].北京：北京航空航天大學(xué)，1998.

[6] 楊銀軍，竇志國，段立偉.超聲速來流中橫向噴流角度對流動與混合特性的影響[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（17）：151?154.

摘 要： 高超聲速流動情況下，氣流經(jīng)過強(qiáng)激波后溫度升高，發(fā)生電離和離解，導(dǎo)致局部存在等離子流并進(jìn)而產(chǎn)生誘導(dǎo)磁場和電場，流動經(jīng)過與磁場、電場的相互作用變得更加復(fù)雜。如果在高超速流場中人為加入磁場，則可以改變流場結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對流動的控制，達(dá)到減阻、熱防護(hù)等目的。首先完成了磁流體力學(xué)控制方程推導(dǎo)，然后對FLUENT軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使其具備磁流體力學(xué)控制方程即MHD的數(shù)值模擬能力，最后進(jìn)行了高超聲速鈍頭體MHD流動的數(shù)值模擬研究。

關(guān)鍵詞： 高超聲速； 磁流體力學(xué)； FLUENT； 阻力系數(shù)

中圖分類號： TN972+.4?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0137?03

0 引 言

高超聲速氣流經(jīng)過強(qiáng)烈的激波后，很大部分動能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為空氣分子內(nèi)能，空氣分子的熱運(yùn)動加劇，導(dǎo)致高溫真實(shí)氣體效應(yīng)，產(chǎn)生電離和離解，從而流動產(chǎn)生磁場。磁流體力學(xué)研究的是磁場作用下帶電粒子的運(yùn)動規(guī)律，所以很自然地可以運(yùn)用到高超聲速流場。在高超聲速流場中人為地外加磁場就能改變流場的結(jié)構(gòu)。磁流體力學(xué)的應(yīng)用對高超聲速飛行器可以帶來以下作用：

減少飛器的阻力和熱源：外加磁場使飛行器外部流場里的帶電粒子受到洛倫茲力作用改變粒子運(yùn)動，進(jìn)而改變激波特性，使得激波脫體距離增加，波后流場參數(shù)的梯度減小。因此磁場干擾可以達(dá)到有效地改善飛行器的阻力和熱防護(hù)的影響。

增加超燃發(fā)動機(jī)在非設(shè)計狀態(tài)下的進(jìn)氣量：通過外加磁場的方法產(chǎn)生使粒子向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)部運(yùn)動，增加發(fā)動機(jī)的非設(shè)計狀態(tài)的進(jìn)氣量，擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的有效工作范圍。

產(chǎn)生額外能源：外加適當(dāng)磁場可以使帶電粒子流動產(chǎn)生電能，此方法可以為高超聲速飛行器在飛行中補(bǔ)充電能。

磁流體力學(xué)對超高聲速飛行器的應(yīng)用不僅僅局限于以上例子。由于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)需要風(fēng)洞速度達(dá)到高超聲速等極其苛刻條件，難于直接實(shí)驗(yàn)，所以采用數(shù)字模擬研究，能為基礎(chǔ)研究提供一些理論依據(jù)。

1 磁流體力學(xué)方程及求解方法

1.1 磁流體力學(xué)控制方程[1]

4 結(jié) 論

本文運(yùn)用FLUENT軟件的用戶自定義函數(shù)功能，進(jìn)行了軟件的二次開發(fā)，在N?S方程基礎(chǔ)上增加了電磁場控制方程的求解功能，從而實(shí)現(xiàn)了MHD方程的數(shù)值求解。運(yùn)用所開發(fā)的程序模塊，研究了外加磁場對高超聲速鈍頭體流動的影響，計算結(jié)果表明外加適當(dāng)?shù)拇艌?，可以使高超聲速飛行器的激波強(qiáng)度減弱，駐點(diǎn)壓力降低，阻力系數(shù)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘勇.高超聲速流場磁場干擾效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[2] 安德森.空氣動力學(xué)基礎(chǔ)[M].4版.北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3] 李鳳蔚.空氣與氣體動力學(xué)引論[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[4] 陸志良.空氣動力學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5] 鄭波.天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)高超聲速系統(tǒng)繞流的數(shù)值模擬[D].北京：北京航空航天大學(xué)，1998.

[6] 楊銀軍，竇志國，段立偉.超聲速來流中橫向噴流角度對流動與混合特性的影響[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（17）：151?154.