超声速流动中燃烧现象的数值模拟方法及应用

第一章绪论

§1.1经典流体动力学理论概述

§1.2计算流体力学简介

§1.3超声速流动中燃烧现象模拟的重要意义

§1.3.1高超声速飞行器外部高温环境形成的非平衡流动

§1.3.2超声速／高超声速飞行器内外流干扰流动

§1.3.3高超声速流动中组织高效燃烧问题

§1.3.4高超声速飞行器再入大气层过程的流动

§1.4超声速流动中燃烧现象数值模拟的困难

§1.5本书内容

第二章高温气体的分类和热力学特性

§2.1完全气体及其内能

§2.1.1完全气体概念

§2.1.2单一组分气体微团的热力学特性

§2.1.3完全气体内能与焓

§2.2混合气体的状态参数和完全气体种类

§2.2.1混合气体状态参数

§2.2.2单一组分完全气体分类

§2.2.3多组分完全气体分类

§2.3混合气体的焓、生成焓和熵

§2.3.1混合气体的焓和生成焓

§2.3.2混合气体的熵

§2.3.3混合气体中熵的计算

§2.4化学动力学模型

§2.5混合气体的自由能及反应平衡常数

§2.5.1混合气体的自由能

§2.5.2反应平衡常数的计算

第三章基本方程

§3.1包含两相流和反应流的流体动力学基本方程

§3.1.1质量守恒方程

§3.1.2动量守恒方程

§3.1.3能量守恒方程

§3.1.4化学反应与两相流相关模型

§3.2冻结流、平衡流和非平衡流

§3.3分子输运系数的理论模型

§3.4气相计算的控制方程

§3.4.1控制方程

§3.4.2无量纲处理过程

§3.5固相计算的控制方程

§3.6统一算法的出发方程

§3.7计算化学非平衡源项引出的刚性问题

§3.8计算两相流引出的问题

§3.9湍流模型问题

§3.10相似准则简单讨论

§3.10.1非平衡流和两相流模型

§3.10.2异质流模型

第四章计算方法基础、

§4.1时间分裂法

§4.1.1齐次偏微分方程时间分裂

§4.1.2非齐次偏微分方程时间分裂

§4.2NND2M差分格式

§4.3坐标变换

§4.4薄层近似

§4.5任意坐标系下通量Steger-Wanning分裂

第五章非平衡、湍流、两相流的统一算法

§5.1出发方程的时间分裂法

§5.2流动算子求解方法

§5.3反应算子求解方法

§5.4两相流算子求解方法

§5.5软件平台简介

第六章流动算子求解器及其在复杂流场模拟应用

§6.1非定常计算方法验证

§6.1.1一维激波管问题

§6.1.2激波管产生的运动激波

§6.1.3空气中冲击波传播过程

§6.2喷流模拟

§6.2.1逆向喷流

§6.2.2碰撞喷流

§6.3湍流模型验证

§6.3.1塞式喷管

§6.3.2细长体绕流

第七章非平衡流计算方法验证

§7.1实验模型简介

§7.1.1激波诱导燃烧

§7.1.2超燃冲压加速器

§7.2超爆轰流场计算

§7.3冲压加速器非平衡流动数值模拟

§7.4亚爆轰流场计算

§7.5跨爆轰流场的计算

§7.6其他计算方法

第八章火箭发动机羽流干扰流场模拟

§8.1真实气体效应研究

§8.1.1计算过程简介

§8.1.2计算结果及分析

§8.1.3计算结果

§8.2导弹羽流宽度计算

§8.2.1计算过程简介

§8.2.2计算结果

§8.3航天飞机底部压力的热喷流效应

§8.3.1背景

§8.3.2计算过程筒介

§8.3.3计算结果

第九章高超声速主流中的横向喷流干扰效应研究

§9.1前言

§9.1.1应用背景

§9.1.2横喷干扰流场特点

§9.1.3研究难点和数值模拟现状

§9.2量热完全气体横喷干扰模拟

§9.2.1实验模型和过程简介

§9.2.2计算结果及分析

§9.3横喷干扰中热喷流效应的模拟

§9.3.1实验模型和过程简介

§9.3.2异质流模型计算结果和分析

§9.3.3非平衡流模型计算结果和分析

§9.3.4两相流模型计算结果和分析

§9.4尾翼布局导弹外形的横喷干扰研究

§9.4.1计算外形和网格

§9.4.2飞行模型的冷喷流状态模拟

§9.4.2非定常流动特性和异质流效应

第十章包含运动激波的流动模拟

§10.1固体火箭发动机尾喷流的模拟

§10.1.1火箭发动机喷流与防护板干扰流场的模拟

§10.1.2多喷管火箭发射过程的模拟

§10.2冲击波在复杂地形中的传播

§10.2.1实验过程的模拟

§10.2.2爆炸波在复杂山地环境传播过程模拟

§10.3固体火箭发动机点火冲击波与裂纹作用机理

§10.3.1背景

§10.3.2计算过程

§10.3.3简单小结

附录A：任意多块对接网格与内边界自动处理方法

附录B：零升力状态下压心计算方法

附录C：化学反应动力学模型系数

附录D：组元特性曲线

参考文献

　　本书相对系统地介绍了超声速流动中燃烧现象的数值模拟方法及应用，具体内容包括：高温气体的分类和热力学特性，基本方程，计算方法基础，非平衡、湍流、两相流的统一算法，非平衡流计算方法验证等。本书主要面向：完成CFD基础理论学习、希望了解超声速流动中燃烧现象数值模拟方法的研究生，和正在开展超声速内外流干扰问题研究的科研人员，通过阅读有助于开拓思路。