气动热计算比较：Roe、Van Leer、AUSM+格式与实验结果分析

"气动热CFD计算的格式效应研究 (2003年)，作者：李君哲、阎超、柯伦、张书庭" 这篇2003年的论文主要探讨了在计算流体动力学（CFD）中，不同数值格式对气动热计算的影响。研究对象包括二维圆柱绕流和三维钝双锥高超声速流动两种典型场景，这些场景在航天航空领域具有重要意义，因为它们涉及到高速飞行器的热环境模拟。 论文中，作者采用了Navier-Stokes（N-S）方程来描述流体的动力学行为，这是描述流体运动的基本方程。在求解N-S方程时，他们选择了四种不同的空间离散格式： 1. Roe的有限差分速度格式（FDS）：这是一种基于特征线的格式，旨在保持物理特性的同时，保证数值稳定性。 2. Van Leer的有限体积速度格式（FVS）：这是一种改进的单调上升风格式，通过限制器确保了方案的单调性和精度。 3. AUSM+格式：加速统一流场模型加法版本，设计用于处理强激波和层流-湍流过渡区的问题。 4. 中心差分格式：一种无偏置的差分格式，适用于平滑流动，但可能在处理激波等非线性特征时表现不佳。 在使用AUSM+格式时，作者进一步引入了两种限制器：minmod limiter和双minmod limiter。限制器的作用是防止数值振荡，尤其是在处理陡峭梯度时，确保计算结果的物理合理性。通过对比这些格式的计算结果与实验数据，作者分析了各种格式在处理气动热问题时的优劣。 关键词“气动热”强调了研究的重点在于流体与固体表面之间的热交换，这对于理解和预测飞行器在高超声速条件下的热防护至关重要。而“计算流体动力学”和“N-S方程”则揭示了研究方法，即通过数值模拟来解决复杂的流体动力学问题。 该研究对气动热计算的格式效应进行了深入分析，有助于提升CFD方法在预测高超声速流动中热流率的准确性和可靠性，对于飞行器设计和热管理策略的制定具有实际指导价值。此外，这种对比研究也为未来数值方法的优化和选择提供了参考依据。