【摘 要】
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圆球绕流是流体力学研究的重要基础问题,曳力系数CD则是该问题研究中最为关注的特征参数之一,广泛应用于航空航天、医药生化、石油化工、能源动力等领域。对不可压缩连续流体圆球绕流,CD主要是雷诺数Re的函数,但随着马赫数Ma的增大,CD与Ma的相关性逐渐增强。在高Ma低Re条件,通常努森数Kn较大,气体流动为过渡流（0.1≤Kn≤10）或者分子流（Kn≥10）,该状态下实验测量困难,而基于连续介质假设的
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圆球绕流是流体力学研究的重要基础问题,曳力系数CD则是该问题研究中最为关注的特征参数之一,广泛应用于航空航天、医药生化、石油化工、能源动力等领域。对不可压缩连续流体圆球绕流,CD主要是雷诺数Re的函数,但随着马赫数Ma的增大,CD与Ma的相关性逐渐增强。在高Ma低Re条件,通常努森数Kn较大,气体流动为过渡流（0.1≤Kn≤10）或者分子流（Kn≥10）,该状态下实验测量困难,而基于连续介质假设的计算流体力学难以适用,文献中CD数据较少。本研究采用了适用于高Ma条件的硬球-拟颗粒方法,模拟研究了1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流研究,分析了模拟区域设置和拟颗粒—圆球作用的热适应系数α对CD结果的影响。研究结果发现随着Re的增大,圆球绕流后的尾迹稳定需要更长的距离;当Ma＞1时,绕流球体前将出现向两侧扩展的激波面。CD与热适应系数α正相关,取α=0.7时,模拟与实验结果间的差别较小。在该设置下,获得了形如对前述Re与Ma范围内充分大空间中的单颗粒绕流的CD关联式。CD（Re,Ma）=CD（Re）[a（Re）e-b（Re）Ma+（1-a（Re））]a（Re）=-0.0238Re+0.845 b（Re）=0.203+6.19/（Re+1.18）另外,分析了不同Re范围内CD和Ma之间的关系。Re＜1时,CD随Ma的增大急剧下降,且Re越小,这种下降幅度越大。20＜Re≤200时,Ma＜1,CD随Ma增加而增大,增大幅度随着Re的增加先递减后递增,变化临界点为Re=45,Ma＞1后,CD随Ma增加降低,并且随着Re增加降低趋势变缓。Re≥200时,Ma≤0.3,基本符合标准曳力系数CD（Re）;0.3＜Ma≤1时,CD随着Ma增加呈指数增大;Ma＞1后,CD随Ma增加缓慢增大并趋于平缓,CD可拟合为Re的函数。CD（Re）|Ma＞1=0.939+3.52Re-0.409最后建立了一个包含曳力系数数据点、公式以及数据来源信息的检索数据库,可为后续的研究提供帮助。
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