تخمين گرمايش آيروديناميكي بدنه كاوشگر فضايي با درنظر گرفتن اندركنش گرمايشي سيال و سازه

Aerodynamic Heating Prediction of Flying Body Using Fluid-Solid Conjugate Heat Transfer

در اين مقاله، گرمايش آيروديناميكي توليدشده بر روي بدنه يك كاوشگر فضايي به روش عددي با استفاده از نرم‌افزار فلوينت و با درنظر گرفتن اندركنش گرمايشي سيال و سازه محاسبه شده است. به منظور حل همزمان معادلات گرمايش در جامد و سيال، از شرط مرزي كوپلينگ در ديواره بدنه استفاده شده است؛ به‌طور‌ي‌كه مقادير دما و شار حرارتي در آن محاسبه مي‌شود. مزيت اين روش آن است كه مي‌توان مقادير دما را در هر نقطه‌اي از پوسته بدنه با يا بدون تقارن محوري و حتي اجزاي متصل به آن در زواياي حمله مختلف محاسبه كرد. در اين مقاله، نحوه انجام شبيه‌سازي عددي با درنظر گرفتن اثرات لايه مرزي و ضخامت ديواره سازه و همچنين اثر مدل‌هاي توربولانس، به صورت كامل شرح داده شده است. نتايج در قالب كانتورهاي فشار، سرعت و دما، مقادير شار حرارتي و همچنين فشار و دماي نقطه سكون دماغه ارايه شده است. در اين تحقيق از دو روش عددي و تحليلي براي صحه‌گذاري مقادير دماي نقطه سكون و شار حرارتي استفاده شده كه دقت خوبي را در نتايج نشان مي‌دهد.

In this study, the aerodynamic heating of the flying body during powered flight phase has been numerically investigated. The conjugate simulation of fluid heat transfer and solid heat conduction has been considered. To this aim, the coupling boundary condition has been used for body shell that allows the conjugate heat transfer investigation in the fluid and solid domains simultaneously. The model has been considered as a circular cylinder and spherically blunted cone nose with 350mm in diameter. The investigation has been carried out at different Mach number from 1.5 to 4.2 to cover range of supersonic flow. The advantage of this method is that the wall temperature and heat flux in any part of the nose and body shell with or without axial symmetry, connected components and other protuberances could be calculated at different angles of attack. Finally, the approach has been validated through the results of analytical and numerical methods for aerodynamic heating of axisymmetric vehicles.