高超声速边界层液膜演化过程和冷却机理研究

高超声速液膜冷却技术是通过一系列狭缝或孔洞压出冷却工质, 在飞行器表面边界层形成一层低温冷却膜, 阻止高超声速气流对飞行器的气动加热. 其作为一种主动冷却方式在高超声速飞行器表面热防护有着巨大的应用潜力. 文章采用数值方法, 结合VOF模型, 研究25 km飞行高度和Ma=5气流条件下的液膜铺展情况,并通过不同冷却工质的入射速度、角度、表面张力和黏性系数条件, 讨论了液膜在平板上的演化过程和冷却机理. 结果表明, 在气流作用下, 液膜向壁面下游发展, 液膜的存在导致边界层分离, 连续液膜会在一定位置断裂为液块, 然后进一步破碎为液滴. 入射条件和液体性质的改变, 会影响液膜沿流向的发展, 具体表现在连续液膜断裂点的位置和连续液膜的厚度. 在所设定的计算域内, 壁面热流降低了80％ ～ 95％, 液膜对壁面的冷却效率随着液膜形态的变化而变化.