基于稀薄氣-粒兩相流的蒙特卡洛顆粒輻射模型研究①

徐振富，李 潔，石于中，劉 英，胡建峰

(國防科技大學航天與材料工程學院，長沙 410073)

基于稀薄氣-粒兩相流的蒙特卡洛顆粒輻射模型研究①

徐振富，李 潔，石于中，劉 英，胡建峰

(國防科技大學航天與材料工程學院，長沙 410073)

在氣-粒兩相相變模型及液態(tài)和固態(tài)顆粒碰撞、聚合和分離模型的基礎上，發(fā)展稀薄條件下考慮顆粒輻射的蒙特卡洛顆粒輻射模型。通過對高超聲速稀薄環(huán)境中的氣-粒兩相噴流流場的數(shù)值模擬，得到氣-粒兩相流的流場參數(shù)，利用所得流場參數(shù)作為顆粒輻射模型的初始參數(shù)進行顆粒輻射計算，同時考慮了有無探照發(fā)射時的光譜輻射強度。結果表明，在顆粒濃度較大時計算兩相稀薄流的流場參數(shù)，考慮顆粒輻射是必要的，并且考慮有無探照發(fā)射對光譜輻射強度數(shù)值的影響。

稀薄氣體動力學;顆粒輻射;氣-粒兩相流;DSMC方法

0 引言

固體火箭發(fā)動機羽流中占噴流質量流量30%的微尺寸顆粒Al2O3對紅外輻射特性的影響極大，粒子輻射的散射過程中，包含衍射、折射、透射、反射和吸收等現(xiàn)象。粒子的這種光學散射特性還將對飛行器光學元件的正常工作產(chǎn)生影響，亟需正確預測高超聲速飛行器羽流的兩相流效應和羽流的輻射特性，以滿足空間目標識別和突防需求。隨著航天飛行器在高空的機動飛行和突防的需求發(fā)展，基于高空氣-粒兩相稀薄羽流的輻射特性研究日益受到重視。目前，Gimelshein［1］課題組在美國空軍經(jīng)費支持下，采用基于DSMC方法的SMILE軟件，研究了120 km高空的固體姿控發(fā)動機的橫向羽流干擾流場，分析了兩相羽流流場的輻射特性。……