【摘 要】
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高超声速飞行器表面往往存在复杂的粗糙结构，其尺度与临近空间飞行器来流分子平均自由程大约在同一量级，此时壁面微尺度结构将显著影响近壁区流动特征以及壁面气动力/热。本文将壁面粗糙结构简化为周期分布的矩形粗糙元，采用直接模拟Monte Carlo （Direct Simulation Monte Carlo, DSMC）方法研究了壁面粗糙元高度、壁面适应系数对高速稀薄剪切流流场特性以及壁面气动特性的影响
【基金项目】
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国家自然科学基金（92152103），天津市自然科学基金（20JCQNJC01240）；
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高超声速飞行器表面往往存在复杂的粗糙结构，其尺度与临近空间飞行器来流分子平均自由程大约在同一量级，此时壁面微尺度结构将显著影响近壁区流动特征以及壁面气动力/热。本文将壁面粗糙结构简化为周期分布的矩形粗糙元，采用直接模拟Monte Carlo （Direct Simulation Monte Carlo, DSMC）方法研究了壁面粗糙元高度、壁面适应系数对高速稀薄剪切流流场特性以及壁面气动特性的影响。结果表明：相比于光滑壁面，粗糙壁近壁区气体速度减小、温度降低，壁面总阻、热载荷增加。壁面粗糙结构增强了气体分子和壁面间的动量、能量交换，这种增强效应随着粗糙元高度的增加而增加，当粗糙元高度增加到分子平均自由程时，整个凹腔内形成旋涡结构，此后粗糙元高度的影响不再明显。此外，壁面适应系数和壁面粗糙结构对近壁区流动存在耦合效应，壁面适应系数越小，粗糙结构对气固间动量、能量交换的促进作用越明显。
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