近空间高超声速飞行器是目前非常重要的一类飞行器，具有显著的军事和民用价值，关系到国家的空天安全。飞行器在近空间高速飞行带来气动热问题，必须准确预测飞行器的热环境，为热防护提供指导和参考。然而近空间飞行条件下，气动热的数值模拟涉及到黏性干扰效应、稀薄气体效应和真实气体效应等多个热点和难点问题，对数值模拟方法提出了很高的要求。本书针对近空间高超声速飞行器气动热数值模拟中涉及的难点问题开展了深入研究。考虑量热完全气体条件和高温热化学非平衡条件建立了数值模拟方法，对两种气体模型条件下的气动热开展了计算分析；对气动热数值模拟中的网格效应、收敛判别开展了讨论；讨论了高超声速滑移流动机理，对滑移模型进行了分析比较；开展了高超声速滑移流数值模拟，进行了滑移条件下的气动热数值模拟分析；基于消息传递库，发展了两种气体模型的高超声速气动热并行计算方法，开展了气动热大规模并行计算研究。本书共7章，各章内容如下：第1章介绍了本书研究工作的背景和意义，并对国内外相关研究历史与现状进行了综述，提出了高超声速气动热数值模拟中存在的若干典型问题。第2章针对Riemann问题，采用一维非定常欧拉方程，对8种差分格式和5种限制器进行了计算对比研究，对比分析了各种格式和限制器各种格式对于膨胀波、激波及接触间断的分辨率，讨论了各种格式的黏性机理和优劣,为气动热数值模拟进行了差分格式和数值方法上的准备。第3章建立了量热完全气体模型条件下的气动热数值模拟方法，发展了相应的二维/三维计算程序。对气动热数值模拟中网格相关性和收敛性问题进行了研究，对进气道前缘气动热进行了研究分析。第4章建立高温空气热力学非平衡、化学非平衡条件下的气动热数值模拟方法，发展了相应的计算程序。对二维/三维算例进行计算验证，分析了热化学非平衡条件下不同非平衡模型、热流构成及催化壁的影响。第5章介绍了高超声速滑移流动的机理以及不同区域流动所对应的计算方法，重点介绍了N-S方程加滑移边界条件的数值模拟方法，并比较分析了3种典型的滑移边界条件模型。第6章采用N-S方程加滑移边界条件的数值模拟方法，对高超声速滑移流动进行计算分析。第7章基于消息传递库（MPI），对前面发展建立气动热数值模拟方法进行了并行化处理，分别发展了相应的气动热并行计算程序，在自行搭建的64CPU核PC集群并行系统上，采用多个算例进行了气动热并行计算分析，将所发展并行程序移到高性能集群系统上，开展了气动热大规模并行计算、研究和分析。本书取材于作者及其课题组几年来在高超声速数值模拟方面取得的研究成果，其中部分研究成果得到了国家自然科学基金（项目编号：91016010）的支持。在此，对国家自然科学基金委员会表示衷心的感谢。本书的出版得到了国防科技图书出版基金的大力资助，在此表示衷心的感谢。希望本书的出版能够为高超声速气动热的数值模拟和近空间飞行器的优化设计提供相关参考。鉴于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者指正。作 者
2013年5月