本教程演示利用Fluent烧蚀模型仿真计算高热空气流经三维楔形体的流场分布。

烧蚀是一种有效的热防护方法，可以用于保护飞行器免受外部高温的破坏。在高速飞行器运行期间（如再入大气层的飞船回收仓），其外表面在高温作用下被烧蚀剥离，从而降低飞行器表面的过量热量。

1 问题描述

本案例计算的3D楔形体的几何形状如下图所示。气流流经高速运动的再入飞行器的机头，来流空气温度为4500 K，表压为13500 Pa，马赫数为3。当烧蚀涂层脱落时，壁面会发生运动，本案例利用动网格方法对曲面的运动进行模拟。

壁面运动速率由Vieille定律进行估算：

其中为运动速率；为绝对压力；和为模型参数，本案例中。

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent
• 利用菜单File → Read → Mesh… 读取计算网格ablation_mesh.msh.h5

计算网格如下图所示。

2.1 General设置

• 采用密度基瞬态求解

2.2 Models设置

• 激活能量方程

• 采用SST k-omega湍流模型

• 双击模型树节点Ablation 打开设置对话框，激活选项Ablation Dynamic Mesh Coupling，如下图所示

2.3 Materials设置

• 设置材料介质air的密度为ideal-gas，其他参数保持默认设置

2.4 边界条件设置

• 修改边界inlet的类型为pressure-far-field ，如下图所示

• 指定inlet边界条件
• 指定Gauge Pressure为13500 Pa
• 指定Mach Number为3
• 指定方向为X方向

• 指定inlet边界的温度为4500 K

• 设置边界outlet，激活选项Prevent Reverse Flow ，如下图所示

• 设置边界wall_ablation
• 进入Ablation标签页，指定Ablation Model为Vielle’s Model
• 设置Parameter A为5
• 设置Parameter n为0.1

注：为壁面指定Ablation边界条件后，Fluent将自动启用带有smooting和remeshing选项的动网格模型，并创建wallablation动网格区域，配置适当的动网格设置参数。

”

2.5 设置参考压力

• 设置参考压力为0 Pa

2.6 动网格设置

• 进入Dynamic Mesh设置面板，可以看到软件已经激活了选项Smoothing与Remshing，并创建了一个动网格区域。这里可以对Mesh Methods参数进行设置，本案例采用默认参数

• 添加区域interior–flow，指定其类型为Deforming，设置Methods为Local，其他参数保持默认设置

• 指定outlet边界的动区域类型为Deforming，如下图所示设置

• 指定symm1边界的动网格类型为Deforming，如下图所示设置

• 指定symm2边界的动网格类型为Deforming，如下图所示设置

• 修改wall_ablation边界的动网格参数，激活选项Deform Adjacent Boundary Layer with Zone，其他参数保持不变

2.7 Methods设置

• 如下图所示指定求解方法

2.8 Controls设置

• 指定求解参数

• 打开Solution Limits面板，将温度上限增加到25000 K，如下图所示

2.9 物理量监测

• 通过模型树节点Solution → Reports → Definitions → New → Force Report Drag... 创建wall_ablation边界的阻力监测

• 通过模型树节点Solution → Reports → Definitions → New → Surface Report → Area-Weighted Average... 创建wall_ablation边界的压力监测

• 通过模型树节点Solution → Reports → Definitions → New → Surface Report → Vertex Maximum... 创建wall_ablation边界的最大z方向位移监测

2.10 初始化计算

• 采用inlet边界进行初始化

2.11 进行计算

• 如下图所示设置计算参数并进行计算

3 计算结果

• 阻力监测结果

• 压力监测结果

• z位移监测结果

• 马赫数分布

• 压力分布

• 头部外形变化如下图所示

注：利用Vieille公式计算烧蚀还是过于粗糙。其实如果知道壁面烧蚀情况与外部环境之间的函数关系式，也可以直接利用动网格进行模拟，在Fluent提供烧蚀模型之前，一直都是利用UDF进行模拟。

”

案例相关文件：https://pan.baidu.com/s/1hovcEb-FJ3S3gPHhpF-uJA?pwd=eife 提取码：eife

”

（案例完毕）