Численное моделирование радиационного нагрева поверхности спускаемого космического аппарата сложной формы

• Автор: Филипский, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ ПО МЕТОДУ ДИСКРЕТНЫХ ОРДИНАТ
ГЛАВА 2. МЕТОД ДИСКРЕТНЫХ ОРДИНАТ НА ОРТОГОНАЛЬНЫХ
СЕТКАХ
2Л Уравнение переноса излучения
Трехмерная геометрия
Двумерная геометрия
Цилиндрическая геометрия
Сферическая геометрия
2.2 Метод дискретных ординат на ортогональных сетках, основные
расчетные алгоритмы
Трехмерная геометрия
Двумерная геометрия
Цилиндрическая геометрия
ГЛАВА 3. ВЫБОР ВЕСОВЫХ ФУНКЦИЙ
3.1 Плоская геометрия
3.2 Двумерный случай
3.3 Трехмерная геометрия
3.4 Цилиндрическая геометрия
ГЛАВА 4. МЕТОД ДИСКРЕТНЫХ ОРДИНАТ НА ТРЕУГОЛЬНЫХ (ТЕТРАЭДАЛЬНЫХ) НЕСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЕТКАХ
Двумерная геометрия
Трехмерная геометрия
Алгоритм расчета
Расчетные сетки
ГЛАВА 5. МЕТОД ДИСКРЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ
ГЛАВА 6. КВАДРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ СФЕРЫ
ГЛАВА 7. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ ОРДИНАТ НА
РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ СЕТОК
Двумерная геометрия
Цилиндрическая геометрия
Результаты тестирования разработанных программных кодов
ГЛАВА 8. РАСЧЕТ РАДИАЦИОННЫХ ПОТОКОВ НА ВНУТРЕНЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ВОДОРОДНОГО И ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ГЕНЕРАТОРА
8.1 Постановка задачи радиационной газовой динамики ЛПГ
8.2 Водородный лазерный плазменный генератор
Свойства водородной плазмы
Результаты численного моделирования водородного ЛПГ
8.3 Воздушный лазерный плазменный генератор
Свойства воздушной плазмы
Результаты численного моделирования воздушного ЛПГ
ГЛАВА 9. РАСЧЕТ РАДИАЦИОННЫХ ПОТОКОВ НА ПОВЕРХНОСТЬ СПУСКАЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ ВХОДЕ В
АТМОСФЕРУ МАРСА
Результаты вычислений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Теплообмен излучением играет важную роль в природе и технике. Структура атмосфер планет и звездных фотосфер, рабочие процессы в камерах сгорания и плазменных генераторов, тепловой режим радиоэлектронной аппаратуры и искусственных спутников Земли, аэротермодинамика космических аппаратов- это лишь некоторые примеры процессов, в которых теплообмен излучением является определяющим. В последнее время в научной литературе по сложному теплообмену отмечается повышенный интерес к радиационному переносу энергии в связи с его принципиальным значением для таких объектов техники, как возвращаемые космические аппараты, различные энергетические установки и термоядерные устройства.
Использование космических аппаратов для исследования планет солнечной системы, вызывает практический и теоретический интерес к изучению процессов протекающих при вхождении спускаемых аппаратов в плотные слои атмосфер планет. При скоростях составляющих 6-11 километров в секунду космический аппарат подвергается сильному конвективному и радиационному нагреву в результате взаимодействия с газом, нагретым в ударном слое.
Чтобы уменьшить общий вес космического аппарата необходимо точно рассчитать его тепловую защиту. Для этого важно с высокой достоверностью вычислить тепловые потоки на поверхность спускаемого модуля. Как правило, оценку конвективного и радиационного нагрева проводят для головного аэродинамического щита, принимающего на себя основную часть тепловой нагрузки. Однако при входе космического аппарата в атмосферу Марса радиационный нагрев задней поверхности может играть важную роль, поскольку эта поверхность практически не защищена, но подвергается воздействию радиационного теплового потока, испускаемого десятками кубических метров нагретой до высоких температур двуокиси углерода, которая, как известно,

Просуммируем (2.2.19) по углу (р в диапазоне [0,;т] для среды с изотропным абсолютно черным излучением. Получим следующее выражение для
половинных направлений

(2.2.21)
Для выполнения этого равенства положим г)1 ]/2 = 0, так как интенсивность
не равна нулю. Из симметрии проекций направлений на ось /л следует ?;/>Л,;+|/2 = 0.
Аналогично трехмерному случаю (2.2.5), введем уравнения связи средних интенсивностей на гранях со средней интенсивностью в центре ячейки
(!-/,)/&+гЛ +Г& ={і-г„Уг'12 + г/Ґ12^1?’ (2-2-22)
где 0.5 < уг,уг,ур
Учитывая направление распространения излучения (рис.2.2.2), выразим излучение в центре ячейки, через интенсивности на опорных гранях, для чего
подставим (2.2.22) в (2.2.19) и найдем Г
1,п
т1,т __ Р “
| Н,п У»+£а і Л’, ■) ЕЫ' /'=1 л'=1
Д,|«,(„ + |с,|/!,-сС /'+(к-;, + о-я
(2.2.23)
zJLl У г
ГепС+Гге
Агу.,аАр=^-,В1р=&, У г У г
г,,„_
со,
I, п
1-у,.
< V

^/.я+1/2 + Чі,п-/2
сС‘-п = ??Ли+1/2 Аг.Аг., £> = г Аг, Дг,. У9Щ,п
Граничные условия (2.2.18) запишутся в виде
І/2 Я,
І’:мг - єіш+Ї2£Ес,„|*| ,
л /'=1 и'
I N1

я 1=1.12 п’
ІІЇ--М+Ч2 = + 2 X ,
(2.2.24а)
(2.2.24Ь)