主要研究方向：

一、高超声速化学反应流动时间推进方法迭代加速

二、高温壁面烧蚀边界模拟

三、炭化材料热响应耦合高温流场数值方法

四、数据驱动降阶模型

研究简介：

高超声速飞行器流动由于激波压缩和黏性耗散伴有极高的温度，高温下气体组分发生振动能激发和化学反应，流动一般处于热化学非平衡态。严峻的气动加热要求壁面铺设热防护材料以维持内部舱体温度正常，烧蚀型热防护材料通过烧蚀和热解等复杂的传热传质现象具有更优越的热防护效果，逐渐在高超声速飞行器中应用广泛。烧蚀环境在风洞实验中难以复现，数值方法因其计算效率高成为主要的研究手段，但面临高温热化学非平衡流动和烧蚀热响应耦合的基础性问题。本文首先采用高精度空间离散的热化学非平衡流动数值方法获取流场的气动热边界，建立气体-壁面反应模型封闭烧蚀壁面的质量能量输运，构造隐式烧蚀边界条件实现烧蚀壁面残差和流场的一致收敛，在钝锥烧蚀算例对比了不同壁面反应模型计算烧蚀速率和壁面温度与实验结果的符合程度。针对烧蚀材料的对流传热建立了高保真的烧蚀热响应数值方法，烧蚀气体通过多组分气体模型代替单一混合气体计算热力学参数来捕捉组分的复杂性，烧蚀材料分别对气相和固相建立能量输运方程，并建立气固两相非平衡传热模型提高温度计算准确性，推导了隐式时间推进方法提高热响应计算的效率。二维烧蚀材料热响应算例表明壁面附近烧蚀气体组分与平衡组分一致而在尾端表现出明显区别，揭示了烧蚀材料内部流动传热传质机理。随后，热化学非平衡流场和烧蚀热响应计算模型通过气体-壁面反应模型在边界进行耦合计算，采用双时间步法在内迭代上通讯流动和壁面的参数来消除耦合误差并抑制数值振荡，最终实现了高超声速飞行器流动耦合烧蚀热响应数值方法，能模拟高超声速飞行器全弹道飞行过程中烧蚀壁面流场与烧蚀材料热响应的非定常演化过程。该发展的数值方法能够为高超声速气动外形评估和热防护系统设计提供预研技术支撑。