微型凸起物高超声速气动热特性研究+文献综述(5)
宏：DEFINE_GRID_MOTION（name,d,dt,time,dtime）
自变量类型：char name
Domain*d
Dynamic_Thread*dt
real time
real dtime
函数返回：void
DEFINE_GRID_MOTION中有五个自变量：name、d、dt、time和dtime。name是指定的UDF的名字，d、dt、time、dtime是从FLUENT的求解器传送到UDF的变量。dt是动态网格区域的一个指示器，d是域指示器，time是当前时间，dtime是时间步长。
本文涉及到了气动加热和机构换热的耦合问题，边界两侧分别为流体和固体。在FLUENT中，当边界两侧物质相不同时，系统会自动生成一个shadow壁面，该壁面具有边界的所有属性，这样两侧不同的相都有属于自己的边界，这种耦合壁面称为双侧壁面边界，双侧壁面具有一定的耦合性。
在动网格模型中，耦合壁面的两个面分别属于不同的面线程，它们运动特性是相互独立的。要使耦合壁面同时运动就需要用到F_NODE_SHADOW宏，在通过面线程（Thread）的访问双侧壁面其中的一个面的节点时，可以通过该宏访问其影子壁面的节点，这样就可以把一个面上节点的的移动赋予其影子壁面，实现双侧壁面一起运动。该宏的使用为：
Node *v = F_NODE(f,t,n)；
Node * vs = F_NODE_SHADOW(f,t,F_NNODES(f,t)-(n)-1)；
本文还涉及到热流密度 的计算，通过BOUNDARY_HEAT_FLUX(f, t)宏获取边界的热通量，然后通过F_AREA(A,f,t)宏获取边界面积，用它们的做除就可以求得，该宏的使用为：
F_AREA(A,f,t)；
area = NV_MAG(A)；
=BOUNDARY_HEAT_FLUX(f, t)/area；
3 高超声速微型凸起物热特性研究
3.1 高超声速弹丸气动加热研究
3.1.1 计算模型及边界条件
本文对M864火箭弹超高声速气动加热进行了数值模拟验证，M864外形尺寸[25]如图3.1，弹丸口径为154.81mm。由于局部具体尺寸未知，假设0～0.642部分为球头钝锥，球头半径约为0.027弹丸口径，锥角15度，其它部位由直线和圆弧连接，0.642～3.419部分为9倍弹丸口径的圆弧，3.419～5.286部分为直线，5.826～5.792部分为6倍弹丸口径的圆弧。
M864弹体及周围流场网格划分见图3.2，绿色为流体区域，红色为固体区域。
建立高超声速流动的计算模型，基本控制方程为二文、可压缩N-S方程，非稳态流动，湍流模型为palart-Allmaras模型。来流条件为海平面标准气象条件：海平面绝对温度T0＝288.15 K，海平面空气压力p＝101325 Pa，密度 ，来流马赫Ma=8，零攻角。弹丸材料为钨：密度 = ,比热 =134.4J / (kg•K) ，热传导系数k=163W/ (m•K) ，弹丸初始温度同来流空气温度。Operating Condition中Operating Pressure 设为0Pa，边界条件流体区域边界设为压力无穷远场（Pressure-Far-Filed），流固物面边界设为耦合壁面，FLUENT自动产生一个shadow影子壁面自动耦合。
3.1.2 计算结果及分析
图3.3为来流马赫数为8，飞行时间为2s时整体的温度分布云图，图3.4是弹体头部局部的温度分布云图。从图中可看出，在弹体头部附近温度达到最高的3963K，在弹体头部气动加热现象已经非常严重。通过气动加热与结构传热的耦合计算，可以清楚地看到，从弹体头部表面温度达到2000K以上，由3.3节的介绍可知本文弹体材料钨的烧蚀标准为1746K，弹体头部已经产生烧蚀变形，所以对头部进行热防护是非常有必要的。
图3.5是M864在Ma=8不同时刻弹体表面对称中心线上的温度分布，图3.6是弹体头部在不同时刻表面对称中心线上的温度分布。从图中可以看出，随着飞行时间的推移，在气动加热的作用下，弹体头部的温度急剧增加，在4s时刻最高点温度达到了3134K。在对称中心线上，从弹体头部开始温度逐渐降低，气动加热对弹体的影响逐渐减小，越向后来流与弹体表面的夹角逐渐减小，对空气的压缩作用减小，压强变化不大，由式（2.1）可知温度增加不大。在尾部的直线部分，夹角为0，温度的增加是由于边界层内粘性耗散引起的。
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