宏:DEFINE_GRID_MOTION(name,d,dt,time,dtime)
自变量类型:char name
Domain*d
Dynamic_Thread*dt
real time
real dtime
函数返回:void
DEFINE_GRID_MOTION中有五个自变量:name、d、dt、time和dtime。name是指定的UDF的名字,d、dt、time、dtime是从FLUENT的求解器传送到UDF的变量。dt是动态网格区域的一个指示器,d是域指示器,time是当前时间,dtime是时间步长。
本文涉及到了气动加热和机构换热的耦合问题,边界两侧分别为流体和固体。在FLUENT中,当边界两侧物质相不同时,系统会自动生成一个shadow壁面,该壁面具有边界的所有属性,这样两侧不同的相都有属于自己的边界,这种耦合壁面称为双侧壁面边界,双侧壁面具有一定的耦合性。
在动网格模型中,耦合壁面的两个面分别属于不同的面线程,它们运动特性是相互独立的。要使耦合壁面同时运动就需要用到F_NODE_SHADOW宏,在通过面线程(Thread)的访问双侧壁面其中的一个面的节点时,可以通过该宏访问其影子壁面的节点,这样就可以把一个面上节点的的移动赋予其影子壁面,实现双侧壁面一起运动。该宏的使用为:
Node *v = F_NODE(f,t,n);    
Node * vs = F_NODE_SHADOW(f,t,F_NNODES(f,t)-(n)-1);
本文还涉及到热流密度 的计算,通过BOUNDARY_HEAT_FLUX(f, t)宏获取边界的热通量,然后通过F_AREA(A,f,t)宏获取边界面积,用它们的做除就可以求得,该宏的使用为:
F_AREA(A,f,t);          
 area = NV_MAG(A);
  =BOUNDARY_HEAT_FLUX(f, t)/area;
3    高超声速微型凸起物热特性研究
3.1    高超声速弹丸气动加热研究
3.1.1     计算模型及边界条件
本文对M864火箭弹超高声速气动加热进行了数值模拟验证,M864外形尺寸[25]如图3.1,弹丸口径为154.81mm。由于局部具体尺寸未知,假设0~0.642部分为球头钝锥,球头半径约为0.027弹丸口径,锥角15度,其它部位由直线和圆弧连接,0.642~3.419部分为9倍弹丸口径的圆弧,3.419~5.286部分为直线,5.826~5.792部分为6倍弹丸口径的圆弧。
M864弹体及周围流场网格划分见图3.2,绿色为流体区域,红色为固体区域。
建立高超声速流动的计算模型,基本控制方程为二文、可压缩N-S方程,非稳态流动,湍流模型为palart-Allmaras模型。来流条件为海平面标准气象条件:海平面绝对温度T0=288.15 K,海平面空气压力p=101325 Pa,密度 ,来流马赫Ma=8,零攻角。弹丸材料为钨:密度 = ,比热 =134.4J / (kg•K) ,热传导系数k=163W/ (m•K) ,弹丸初始温度同来流空气温度。Operating Condition中Operating Pressure 设为0Pa,边界条件流体区域边界设为压力无穷远场(Pressure-Far-Filed),流固物面边界设为耦合壁面,FLUENT自动产生一个shadow影子壁面自动耦合。
3.1.2    计算结果及分析
     图3.3为来流马赫数为8,飞行时间为2s时整体的温度分布云图,图3.4是弹体头部局部的温度分布云图。从图中可看出,在弹体头部附近温度达到最高的3963K,在弹体头部气动加热现象已经非常严重。通过气动加热与结构传热的耦合计算,可以清楚地看到,从弹体头部表面温度达到2000K以上,由3.3节的介绍可知本文弹体材料钨的烧蚀标准为1746K,弹体头部已经产生烧蚀变形,所以对头部进行热防护是非常有必要的。
图3.5是M864在Ma=8不同时刻弹体表面对称中心线上的温度分布,图3.6是弹体头部在不同时刻表面对称中心线上的温度分布。从图中可以看出,随着飞行时间的推移,在气动加热的作用下,弹体头部的温度急剧增加,在4s时刻最高点温度达到了3134K。在对称中心线上,从弹体头部开始温度逐渐降低,气动加热对弹体的影响逐渐减小,越向后来流与弹体表面的夹角逐渐减小,对空气的压缩作用减小,压强变化不大,由式(2.1)可知温度增加不大。在尾部的直线部分,夹角为0,温度的增加是由于边界层内粘性耗散引起的。
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