采用非结构混合网格数值求解三维热化学非平衡Navier-Stokes方程组获得高超声速流场各组分气动热力学参数,并计算物面热流值。利用有限速率化学反应模型和二温度气体模型分别描述化学非平衡和热力学非平衡过程,通过Park振动——离解模型刻画化学非平衡和热力学非平衡耦合效应。无黏通量项采用AUSM格式离散;对无黏通量项和源项采用隐式时间推进格式,增强数值求解过程稳定性。数值算例表明,为得到正确的物面热流值,非结构混合网格边界层y+需减小至0.5,且网格增长率不超过1.4;采用元素摩尔数守恒关系式计算化学反应源项,可有效降低数值残差积累对计算小组分气体的不利影响,提高各气体组分计算准确度。

采用双椭球体的经典模型为研究对象,在8. 04Ma和10. 02Ma的工况下进行了气动热数值模拟,计算采用结构网格和非结构网格模式,分别获得了相应工况下双椭球体中心子午线上的热流密度,得到了网格模式相关性规律。计算结果表明:两种网格均与试验值热流分布趋势较为一致;非结构网格的Y+优于结构网格时,在表面大范围区域内可以获得比结构网格更优的计算结果;非结构网格在驻点处热流计算误差超过100%。该计算对高超声速飞行器的热流计算起到了重要的参考作用。