李 芹，杨肖峰，董 威，杜雁霞

(1.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240；2.中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室，四川 绵阳 621000)

当飞行器在高超声速条件下再进入空气环境时，在激波压缩和黏性耗散的作用下，激波层内气体温度很高，可以达到 5 000 K，甚至更高，空气中的N2和O2会发生不同程度的离解和电离.离解的原子将在表面材料的催化下发生复合反应，反应释放的热量在气动热中占比高达30～50%[1-2].这类由固相材料作催化剂的气相原子复合反应属于多相催化.

根据多相催化反应动力学，高焓离解气流在气固界面将发生扩散、吸/解附及复合等一系列行为.气相原子扩散至表面后，首先在有限数密度的吸附位点上发生物理(被吸附原子与吸附位点粒子以分子间作用力束缚)或化学(二者之间形成化学键)吸附.吸附相原子与气相原子结合或两邻近吸附相原子相结合，即发生Eley-Rideal(ER)或Langmuir-Hinshelwood(LH)复合反应，产生大量反应热.

基于催化反应边界模型的计算流体力学(CFD)方法是预测高超声速飞行器催化加热的重要研究手段之一.然而，采用不同壁面催化模型得到的热流预测偏差高达2～4倍[3]，给飞行器防热设计与评估带来很大的不确定度[4-5].因此，迫切需要发展具有物理意义的有限速率壁面催化模型，进而获得准确有效的催化加热预测结果.目前常用的有限速率催化模型是基于多相催化反应动力学，根据实验数据拟合建立各反应速率与表……