Lakireddy Bali Reddy College of Engineering (LBRCE) 使用 CFD Cradle 軟件的scFLOW模塊，探索航天飛機(jī)再入飛行器的凹度對(duì)流動(dòng)物理現(xiàn)象和熱分布模式的影響，LBRCE航空航天工程系成立于2011年，發(fā)表了多篇研究論文并參與了多項(xiàng)研究活動(dòng)，還配備了多個(gè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，擁有獨(dú)立的空氣動(dòng)力學(xué)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)研究小組，以及多項(xiàng)研究出版物。
LBRCE航空航天工程系正在開(kāi)展一個(gè)設(shè)計(jì)可重復(fù)使用航天器的項(xiàng)目。
在任何可重復(fù)使用的航天器的設(shè)計(jì)中，成功的一個(gè)重要因素是航天器在多次再入條件下的生存能力。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)熱衷于探索具有不同凹凸度的再入飛行器的凹度如何改變流動(dòng)物理現(xiàn)象和熱分布模式。
一般來(lái)說(shuō)，幾乎所有可重復(fù)使用的航天飛機(jī)的重返大氣層都類(lèi)似于一個(gè)大迎風(fēng)面的平板，因
為它的迎風(fēng)面是平坦的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)使用了完整的三維 Navier-Stokes 方程。在這種方法中，方程在一個(gè)薄凹板上以不同的攻角對(duì)高超聲速流動(dòng)進(jìn)行求解。將不同偏心板的峰值溫度和阻力系數(shù)與垂直于流動(dòng)的平板的峰值溫度和阻力系數(shù)進(jìn)行比較。空氣被假定為熱完全氣體。將不同偏心度的凹板的總傳熱率和峰值熱通量與平板進(jìn)行了比較。
航空航天工程系在此研究應(yīng)用中使用了商用的分析工具。
然而，軟件處理這種高速流動(dòng)物理的能力是有限的。
對(duì)于高速可壓縮流，面臨求解器的高度不穩(wěn)定性的問(wèn)題。
此外，與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比，仿真數(shù)據(jù)在穩(wěn)定性、收斂性和準(zhǔn)確性方面存在一定的挑戰(zhàn)。
為了解決列出的一些問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始使用 MSC Software 的商用求解器 scFLOW V14.1 來(lái)計(jì)算分析航天飛機(jī)中使用的凹腹面的可行性。
使用 scFLOW 中可用的一流發(fā)散控制方法，能夠解決圍繞發(fā)散以及求解器高度不穩(wěn)定性的問(wèn)題。
此外，借助 MSC Software 靈活的許可系統(tǒng)，能夠同時(shí)運(yùn)行三個(gè)仿真，從而節(jié)省時(shí)間。項(xiàng)目還利用了 scFLOW 卓越的可擴(kuò)展性功能，被證明有助于更快的解決方案。
圖1: 可重復(fù)使用的航天飛機(jī)的二維視圖
使用 scFLOW，能夠獲得許多顯著優(yōu)勢(shì)，詳情如下：
節(jié)約時(shí)間：
由于具有快速自動(dòng)網(wǎng)格生成器、強(qiáng)大的求解器功能、有效發(fā)散控制方法的速度以及非常強(qiáng)大的后處理等特性，學(xué)生們能夠顯著減少整體仿真時(shí)間。
此外，scFLOW 在 CFD 仿真的每個(gè)階段并行化的能力證明有助于減少仿真時(shí)間。
結(jié)果
，學(xué)生團(tuán)隊(duì)能夠在短短一個(gè)月內(nèi)在如此復(fù)雜的
領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，使他們能夠在其中一個(gè)享有盛譽(yù)的會(huì)議——第 46 屆全國(guó)流體力學(xué)和流體動(dòng)力會(huì)議 (FMFP) 上提交研究論文（于 2019 年 12 月 9 日至 11 日在印度哥印拜陀 PSG 技術(shù)學(xué)院舉行）。
易于使用：
使用 scFLOW 的學(xué)生發(fā)現(xiàn)它易于使用，尤其是在涉及離散化或求解器設(shè)置方法等過(guò)程時(shí)。團(tuán)隊(duì)還對(duì)項(xiàng)目中使用的cradle軟件的后處理功能印象深刻。
