Aeroheating optimisation of hypersonic flow around lifting bodies during atmospheric reentry with radiation effect

Abstract

This work focuses on simulating two-dimensional hypersonic, viscous, and turbulent airflow in a chemically non-equilibrium state. The simulation is based on the Navier- Stokes Equations using ANSYS Fluent 22. We specifically examine Lobb's sphere and Cone flare configurations. To ensure accurate results, we take into account the vibrational relaxation and dissociation of the air mixture at high temperatures, as well as radiation phenomena. Our main interest lies in simulating the flow behind the shock in the relaxation area, where intense thermochemical non-equilibrium phenomena occur. The Park chemical-kinetic model includes five species (N2, O2, NO, N, O) and a kinetic mechanism with five reactions. The results obtained are consistent with the scientific literature.

Résumé: Ce travail se concentre sur la simulation de l'écoulement d'air hypersonique, visqueux et turbulent en état de non-équilibre chimique en deux dimensions. La simulation est basée sur les équations de Navier-Stokes en utilisant ANSYS Fluent 22. Nous examinons spécifiquement les configurations de la sphère de Lobb et du cône à jupe. Pour garantir des résultats précis, nous prenons en compte la relaxation vibrationnelle et la dissociation du mélange d'air à haute température, ainsi que les phénomènes de radiation. Notre principal intérêt réside dans la simulation de l'écoulement derrière le choc dans la zone de relaxation, où se produisent des phénomènes intenses de non- équilibre thermochimique. Le modèle chimico-cinétique de Park comprend cinq espèces (N2, O2, NO, N, O) et un mécanisme cinétique avec cinq réactions. Les résultats obtenus sont conformes à la littérature scientifique. ملخص ويركز هذا العمل على محاكاة ثنائي الأبعاد الفائقة الفوقية، واللزجة، وتدفق الهواء المضطرب في باستخدام ANSYS Navier-Strokes تستند المحاكاة إلى معادلات حالة غير توازنية كيميائياً ولضمان تحقيق (كون) و تشكيلات إنارة (لوب) نحن على وجه التحديد fluent .22 نفحص مجال نتائج دقيقة، نأخذ في الاعتبار الاسترخاء الاهتزازي وانفصام الخليط الجوي في درجات الحرارة ويكمن اهتمامنا الرئيسي في محاكاة التدفق وراء الصدمة . العالية، فضلا عن الظواهر الاشعاعية ويشمل النموذج . في منطقة الاسترخاء، حيث تحدث ظواهر غير توازنية حرارية كيميائية شديدة وآلية حركية ذات خمسة, (2) , الحركي للمتنزه خمسة أنواع - الكيميائي وتتسق النتائج التي تم الحصول عليها مع المؤلفات العلمية تفاعلات