Estudio sobre el Algoritmo Numérico de la Ecuación N-S para Flujos Multi-Cuerpo alrededor de Desintegraciones Irregulares en el Espacio Cercano
Autores: Han, Zheng; Li, Zhihui; Bai, Zhiyong; Li, Xuguo; Zhang, Jiazhong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Estudio sobre el Algoritmo Numérico de la Ecuación N-S para Flujos Multi-Cuerpo alrededor de Desintegraciones Irregulares en el Espacio Cercano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Simulación numérica precisa
Flujo de múltiples cuerpos
Escombros irregulares
Características de interferencia aerodinámica
Algoritmo numérico de la ecuación de Navier-Stokes
Aerodinámica compleja multifísica
Licencia
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Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Ha habido una preocupación de que la simulación numérica precisa del flujo de múltiples cuerpos, que es causada por las múltiples desintegraciones de naves espaciales expiradas que reingresan en el espacio cercano, tiene un impacto crítico en el área de caída de los escombros desintegrados. Para resolver este problema, se ha diseñado un método de topología de malla tipo O para el campo de flujo de múltiples cuerpos de escombros irregulares formados por múltiples desintegraciones en el espacio cercano, y se ha construido un esquema numérico implícito de volumen finito para las ecuaciones de Navier-Stokes para resolver las características de interferencia aerodinámica del flujo irregular de múltiples cuerpos, y además se ha establecido el algoritmo numérico de la ecuación N-S para los flujos irregulares de múltiples cuerpos en el espacio cercano. La fiabilidad del método ha sido verificada mediante la comparación de los cálculos actuales y el experimento del túnel de viento de baja densidad para el flujo de dos cuerpos de esfera, cilindro y guiones cuadrados. Los objetos de este estudio provienen de las múltiples desintegraciones de la nave espacial Tiangong-1 durante el reingreso descontrolado en la atmósfera, incluyendo cilindros propulsores y armarios de bloqueo a baja temperatura. Se han llevado a cabo una serie de simulaciones de los mecanismos de flujo de múltiples cuerpos alrededor de diferentes combinaciones con formas y espacios variados. Como resultado, se ha encontrado que cuando la distancia de los escombros irregulares (por ejemplo, dos cilindros propulsores) en el espacio cercano está en el rango de y < 3D o x < D, hay una clara interferencia de múltiples cuerpos entre los escombros, y las características del flujo cambian notablemente. Cuando la distancia entre los escombros en el espacio cercano alcanza un cierto nivel, la influencia de la interferencia mutua puede ser ignorada. Por ejemplo, cuando la distancia en la dirección y entre múltiples cuerpos es mayor que 3D, la interferencia del flujo tiende a ser pequeña y puede ser ignorada, y podemos considerarlos como dos piezas separadas para ser llevadas a cabo por la predicción numérica de la trayectoria de vuelo y el área de caída en la aplicación ingenieril. Los resultados proporcionan un criterio de diseño práctico para la plataforma de simulación integrada que se utiliza para simular la aerodinámica compleja de múltiples físicas de los vehículos espaciales desde el flujo de moléculas libres del espacio exterior hasta el flujo continuo cercano al suelo.
Descripción
Ha habido una preocupación de que la simulación numérica precisa del flujo de múltiples cuerpos, que es causada por las múltiples desintegraciones de naves espaciales expiradas que reingresan en el espacio cercano, tiene un impacto crítico en el área de caída de los escombros desintegrados. Para resolver este problema, se ha diseñado un método de topología de malla tipo O para el campo de flujo de múltiples cuerpos de escombros irregulares formados por múltiples desintegraciones en el espacio cercano, y se ha construido un esquema numérico implícito de volumen finito para las ecuaciones de Navier-Stokes para resolver las características de interferencia aerodinámica del flujo irregular de múltiples cuerpos, y además se ha establecido el algoritmo numérico de la ecuación N-S para los flujos irregulares de múltiples cuerpos en el espacio cercano. La fiabilidad del método ha sido verificada mediante la comparación de los cálculos actuales y el experimento del túnel de viento de baja densidad para el flujo de dos cuerpos de esfera, cilindro y guiones cuadrados. Los objetos de este estudio provienen de las múltiples desintegraciones de la nave espacial Tiangong-1 durante el reingreso descontrolado en la atmósfera, incluyendo cilindros propulsores y armarios de bloqueo a baja temperatura. Se han llevado a cabo una serie de simulaciones de los mecanismos de flujo de múltiples cuerpos alrededor de diferentes combinaciones con formas y espacios variados. Como resultado, se ha encontrado que cuando la distancia de los escombros irregulares (por ejemplo, dos cilindros propulsores) en el espacio cercano está en el rango de y < 3D o x < D, hay una clara interferencia de múltiples cuerpos entre los escombros, y las características del flujo cambian notablemente. Cuando la distancia entre los escombros en el espacio cercano alcanza un cierto nivel, la influencia de la interferencia mutua puede ser ignorada. Por ejemplo, cuando la distancia en la dirección y entre múltiples cuerpos es mayor que 3D, la interferencia del flujo tiende a ser pequeña y puede ser ignorada, y podemos considerarlos como dos piezas separadas para ser llevadas a cabo por la predicción numérica de la trayectoria de vuelo y el área de caída en la aplicación ingenieril. Los resultados proporcionan un criterio de diseño práctico para la plataforma de simulación integrada que se utiliza para simular la aerodinámica compleja de múltiples físicas de los vehículos espaciales desde el flujo de moléculas libres del espacio exterior hasta el flujo continuo cercano al suelo.