[发明专利]一种返回器流场峰值电子密度快速预测方法

权利要求书

1.一种返回器流场峰值电子密度快速预测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据来流条件确定气流总焓h_s，并依据等熵关系式确定激波后气体压力p_s；所述的来流条件包括来流马赫数M_∞、静温T_∞、静压p_∞；

(2)求解驻点位置气体静温T、组分浓度c_j；

(3)由压力p_s、气体静温T、组分浓度c_j，求解得到驻点位置峰值电子密度Ne_s；

(4)求解欧拉方程得到返回器表面压力分布p；

(5)由驻点位置峰值电子密度Ne_s、返回器表面压力p求解得到返回器流场峰值电子密度。

2.根据权利要求1所述的一种返回器流场峰值电子密度快速预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中的气体静温T、组分浓度c_j的确定方式如下：

(2a)给定初始气体静温和组分数密度，求解下述方程得到π_i和Δlnn：

$\underset{i=1}{\overset{l}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{a}_{kj}{a}_{ij}{n}_j{\mathrm{\π}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{a}_{kj}{n}_j\mathrm{\Δ}\ln n+(\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{a}_{kj}{n}_j{\left(H_T^0\right)}_j/RT)\mathrm{\Δ}\ln T=(b_k^0-b_k)+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{a}_{kj}{n}_j{g}_j/RT$

$\underset{i=1}{\overset{l}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{a}_{ij}{n}_j{\mathrm{\π}}_i+(\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{n}_j-n)\mathrm{\Δ}\ln n+(\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{n}_j{\left(H_T^0\right)}_j/RT)\mathrm{\Δ}\ln T=n-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{n}_j+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{n}_j{g}_j/RT$

其中，n_j为组分j的数密度，g_j为组分j的自由能，akj、aij分别为组分j关于元素k和i的相关系数，bk为每千克气体混合物中元素k的千克-摩尔数，为来流中每千克气体混合物中元素k的千克-摩尔数，为气体组分j在标准温度的焓值，π_i为元素i的数乘因子；l表示元素的总个数；m表示气体组分的总数；n表示气体的数密度总和；R表示气体常数，取8314J/kg-K；

(2b)由步骤(2a)中得到的π_i和Δlnn，求解组分数密度n_j和组分浓度c_j，进而利用组分浓度c_j和气体总焓h_s反求获得当前气体静温T：

$\mathrm{\Δ}\ln n_j=\underset{i=1}{\overset{l}{\Σ}}{a}_j{\mathrm{\π}}_i+\mathrm{\Δ}\ln n+{\left(H_T^0\right)}_j\mathrm{\Δ}\ln T/RT-g_j/RT$

$c_j=n_j{m}_j/\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{n}_j{m}_j$

其中，m_j为组分j的分子质量；

(2c)利用步骤(2b)求解的当前气体静温和组分数密度以及步骤(2a)中的公式，求解下一刻的π_i和Δlnn，再利用π_i和Δlnn求解下一刻的气体静温和组分数密度，并进行迭代计算；迭代计算满足下面任一条件都将结束：

(2c1)迭代计算出的气体静温和组分数密度相对于上一次迭代求解的值变化小于1％；

(2c2)迭代次数达到限定迭代步数，限定迭代步数为20。

3.根据权利要求1所述的一种返回器流场峰值电子密度快速预测方法，其特征在于：所述步骤(5)中的返回器流场峰值电子密度的求解方式如下：

Ne＝Ne_s·(p/p_s)。