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摘要
高超声速边界层是一个基础的科学问题。为了研究高超声速平板边界层的流场特性，结合数值模拟、理论求解和试验验证三种手段进行综合分析。数值模拟对二维Navier-Stokes (N-S)方程采用五阶精度的WENO格式离散对流项、六阶中心格式离散黏性项，时间推进项采用三阶Runge-Kutta法。理论分析利用四阶Runge-Kutta结合打靶法求解得到可压缩平板边界层层流自相似解。试验验证利用中科院力学所JF-12复现风洞测试得到大尺度平板的壁面热流，大尺度的平板模型布置传感器达到了较高的空间分辨率，可捕捉到之前由于模型尺寸限制而被淹没的物理现象。研究发现，数值模拟高超声速平板边界层时可以通过给定自相似解的入口条件，规避前缘激波带来的影响；大尺度平板边界层试验重复性好，测量得到的热流在层流阶段与自相似解以及数值模拟得到的结果符合较好，可为现有的气体模型以及热物性参数模型的完善提供一种新的思路。
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单位中国科学院力学研究所; 中国科学院大学; 高温气体动力学国家重点实验室
