林传栋

(中山大学 中法核工程与技术学院, 珠海 519082)

0 引 言

化学反应流不仅广泛存在于自然界中，更在人类日常生活、工业生产、航空航天和国防建设等诸多领域发挥着越来越重要的作用[1-3]。在化学反应流中，各类流体动力学行为和化学反应过程相互耦合，具有典型的流体力学非平衡、热力学非平衡和化学非平衡效应，表现出丰富多变的物理化学现象[1-3]。对于此类非定常、非平衡的复杂物理化学系统，不能使用定常流场的解析方法或数值模型进行研究，而需要使用包含多物理场耦合和时空演化过程的物理模型。尤其是高超声速飞行器[2-4]还同时面临稀薄气体效应、化学反应效应和壁面热流效应等外界因素的影响。这些极端复杂条件对如何有效模拟和预测高超声速飞行器的运行过程提出挑战。因此，高速反应流的数值建模与模拟研究在航空航天等领域具有特别重要的实际应用背景，是进一步提升航空航天工程技术的关键问题之一。

相对于高超声速飞行器，航天飞行器再入过程跨越了更加宽泛的时空尺度。具体来讲，航天飞行器以（超）高马赫数依次经历稀薄自由分子流区、过渡流区、滑移流区以及连续流区，这一经历伴随着复杂的变密度、变温度、变速度、电离和化学反应等真实飞行环境。在各个流体区域，气体物性表现出显著差异，其绕流状态具有典型的跨尺度效应。同时，几何尺寸差异明显的外形部件也会使飞行器不同区域表现出多流区共存的多尺度混合流动现象。……