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Loosely Coupled Simulation for Two-Dimensional Ablation and Shape Change

机译：二维烧蚀和形状变化的松耦合模拟

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摘要

The central focus of this study is to demonstrate that time-accurate solutions for multidimensional ablation andnshape change of thermal protection systemmaterialsmay be obtained by loose coupling of a high-fidelity flow solvernwith a material thermal response code. In this study, the flow code solves the nonequilibrium Navier–Stokesnequations using the data-parallel line-relaxation (DPLR) method. Thematerial response code is the latest version ofnthe Two-dimensional Implicit Thermal Response and Ablation Program (TITAN). In TITAN, the governingnequations, which include a three-component decomposition model and a surface energy balance with thermo-nchemical ablation, are solved with a robust moving-grid scheme to predict the shape change caused by surfacenrecession. Coupling between the material response and flow codes is required for many multidimensional ablationnsimulations, because themagnitude and distribution of the surface heat flux are very sensitive to shape change. Thisnpaper demonstrates the application of the TITAN-DPLR system to problems with large-scale recession and shapenchange. Ablation and thermal response simulations are presented for iso-q and flat-faced arc-jet testmodels and alsonfor a wedge with a cylindrical leading edge exposed to hypersonic flow at various angles of attack.
机译：这项研究的重点是证明可以通过将高保真流动求解器与材料热响应代码进行松耦合来获得用于热防护系统材料的多维烧蚀和形状变化的时间精确解决方案。在本研究中，流代码使用数据平行线松弛（DPLR）方法解决了非平衡Navier–Stokes方程。材料响应代码是二维隐式热响应和消融程序（TITAN）的最新版本。在TITAN中，通过鲁棒的移动网格方案解决了由三组分分解模型和具有热化学烧蚀的表面能平衡在内的控制方程，从而预测了由表面凹陷引起的形状变化。对于许多多维烧蚀模拟，需要材料响应和流代码之间的耦合，因为表面热通量的大小和分布对形状变化非常敏感。本文演示了TITAN-DPLR系统在大规模衰退和形状变化方面的应用。针对iso-q和扁平面电弧喷射测试模型以及针对楔形圆柱体的楔形件，分别进行了消融和热响应仿真，圆柱体的前缘在不同的迎角下均暴露于高超声速流中。

著录项

  • 来源
    《Journal of Spacecraft and Rockets》 |2010年第5期|p.775-785|共11页
  • 作者

    Yih-Kanq Chen; Frank S. Milos; Tahir Gokcen;

  • 作者单位

    Yih-Kanq Chen∗ and Frank S. Milos†NASA Ames Research Center, Moffett Field, California 94035-1000andTahir Gökçen‡ELORET Corporation, Sunnyvale, California 94086;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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