微型凸起物高超声速气动热特性研究+文献综述(8)
动网格计算中网格的动态变化过程可以用三种模型进行计算，即弹簧近似光滑模型（spring-based smoothing）、动态分层模型（dynamic layering）和局部重划模型（local remeshing）。本文局用到了局部重划模型，下面做一下简单介绍。
如果运动边界的位移远远大于网格尺寸，可能导致网格质量下降，甚至出现负网格。局部重划模型是将发生形变后网格畸变率过大，或尺寸变化过于剧烈的网格进行标记，再对其进行重新划分。
标记需要重新划分的网格，有两种判别依据，一个是网格畸变率，一个是网格尺寸。如果网格畸变率满足式（3.11）或尺寸满足式（3.12），则这个网格就被标记为需重新划分网格，遍历所有网格以后，就开始重新划分网格。
其中， 为标准网格畸变率、 为最大尺寸和 为最小尺寸。
3.3.4 计算模型及边界条件
对M864火箭弹超高声速气动加热烧蚀进行数值模拟，来流马赫数Ma=8，其它来流条件与3.1节设置相同。弹体气动烧蚀模型使用了动网格局部重划模型，要求表面网格必须处于一个面上并构成一个循环，不能使用对称边界条件，弹体气动烧蚀初始网格如图3.18。
3.3.5 计算结果及分析
图3.19和图3.20分别为0s时刻和3.0s时刻的弹丸头部网格。从图中可以看出，弹丸表面边界向后移动，以此来表示弹丸气动烧蚀后退深度。局部重划产生的网格尺寸由Dynamic Mesh Parameters选项中的Minimum Length Scale、Maximum Length Scale和Maximum Cell Skewness决定。对于均匀划分的网格，局部重划网格质量较好。但是本文研究对象M864弹体长度接近1m，如果使用均匀网格，则网格数量很大。本文使用Size Function划分网格，弹体头部网格很小，尾部网格尺寸较大。局部重划生成的网格尺寸与没重新划分的网格有明显差别，对数值计算结果有一定的影响。
图3.21为弹体头部在不同时刻的瞬时烧蚀外形。图中分别给出了弹体头部在初始时刻及1.0s、1.5s、2.0s、2.5s和3.0s时的瞬时烧蚀外形。从图中可以看出，随着飞行时间的增加，弹体头部的气动烧蚀后退深度随之逐渐增加。弹体驻点处烧蚀后退深度最大，从驻点开始到单体尾部，烧蚀后退深度逐渐减小直至为0。表明弹体头部温度急剧增加，气动加热对弹体头部影响很大，越往后温度越低，气动加热作用减小。
图3.22显示了弹体驻点烧蚀后退深度随时间的变化关系。从图中可以看出，烧蚀后退深度与时间近似呈线性关系，随飞行时间的增加，弹体驻点处的烧蚀后退深度随之逐渐增加。同时可以看出，弹体大约在0.8s时刻开始烧蚀，说明弹体驻点处在0.8s的时间内，温度从288.15K上升到烧蚀准则温度1746K。在3.0s时刻，烧蚀深度约为7.82mm。
图3.23为弹体气动烧蚀整体的温度分布云图，图3.24为头部的温度分布云图。从图中可以看出，动网格局部重划对数值模拟计算产生了一定的影响，弹体头部的温度分布云图不是很均匀对称，在考虑动网格的同时，还应保证局部重划网格的质量，使其对数值计算的影响降到最低。
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