流热耦合(Fluid-Thermal Coupling) 指流体流动与固体传热通过交界面产生的相互作用，在航空航天领域常以共轭传热(Conjugate Heat Transfer, CHT)形式体现——外部气动流场通过流固界面与飞行器结构温度场耦合，形成 “气流加热 - 结构导热 - 热变形反馈” 的复杂物理过程。
高超声速飞行器(马赫数>5，可在大气层内及跨大气层区域飞行)持续飞行时，面临着极端热环境，驻点区域温度可达数千开尔文，这对其热防护设计是一个重大挑战。高超声速飞行器的轻质结构与热防护系统设计，高度依赖对气动热载荷分布、温度梯度、热应力变形的精准预测。对CHT问题的精确模拟，能为热防护材料选型及热保护系统优化提供关键数据支撑。
在高超声速共轭换热仿真过程中，涉及非常复杂的物理场景：流体域(边界层)与固体域(热防护材料)间存在极高温度梯度与热流密度，且高超声速流动的时间尺度(微秒级)和固体热扩散的时间尺度(秒级)差异悬殊。
对此，DIMAXER软件采用强耦合方式，具备极端多物理场耦合下的高保真解析能力，其直接耦合界面通量、统一求解多物理场方程的特性，可有效应对高梯度、非线性、瞬态等问题。以下通过两个经典算例来进行具体展示：
高超声速圆柱共轭换热模拟
在高超声速流动中，圆柱绕流的共轭换热问题是一个经典的验证算例，常用于测试数值方法在极端气动加热与结构传热耦合下的可靠性，且有诸多验证数据，可直观体现 DIMAXER 应对复杂场景的精准求解能力 。
本算例计算使用80万网格，求解点约5100万，4 阶精度求解，使用4张4090GPU卡，每个流动周期需2.1GPU时。
1. 计算状态
计算域包含流体域和固体域两部分。
使用全六面体网格，流固交界面上网格共节点。
边界条件如图中所示，另外，在展向上使用平移周期边界。
2. 计算结果
沿来流方向，取流场一条经过驻点线的直线，该线上的压力和温度随时间的变化规律如下所示。
计算的激波位置在x = -0.055m附近，激波后的预测温度和压力分别约为2300K和35000Pa，结果与文献基本一致。
流固交界面压力周向
分布对比
在该曲面上任取一条沿周向的线，以驻点压力进行归一化后的压力值与试验值进行比较，DIMAXER计算的交界面压力值与试验值吻合良好。
热流量是高超声速CHT问题的主要关注点，本案例同样处理了交界面上的热流量。DIMAXER软件计算的热流量与试验值吻合良好：
流固交界面热流密度周向分布对比
参考文献：Kamali S , Mavriplis D J , Anderson E M .Development and Validation of a High-Fidelity Aero-Thermo-Elastic Analysis Capability[C]//AIAA Scitech 2020 Forum.2020.DOI:10.2514/6.2020-1449.
高超声速双椭球流热强耦合大涡模拟
本算例针对具有机头构型特征的双椭球模型开展 CHT 仿真计算，DIMAXER 软件采用完全耦合方法求解共轭传热问题，将流体与固体区域纳入同一计算域同步求解，(流体求解可压缩Navier-Stokes方程)并在每个流体时间步求解和更新整个计算域的能量场。双椭球模型算例工况为8.04马赫数，单位雷诺数1.13x10(7)。
本算例计算使用70万网格，求解点约4480万，4阶精度求解。计算至30个流动周期稳定，使用4张4090GPU卡，每个流动周期需6.2GPU时。计算完成约需要46.5个小时。
1. 计算状态
高超双椭球模型为两个具有不同轴长的同心半椭球垂直相贯形成，后段接一等截面椭圆柱构成，模型全长200mm，横向最大尺寸131.6mm，最大高度105.3mm，几何模型如下图所示：
使用全六面体网格，流固交界面上网格共节点。
模型物面为粘性固壁边界，Y=0平面为对称边界，外边界设置为总温总压入口和压力出口。流体使用理想气体模型，粘度根据Sutherland定律确定。
固体侧的物性参数
2. 计算结果
高超双椭球对称面压力场
高超双椭球对称面温度场
高超双椭球瞬时涡系结构(Q准则，流向速度着色)
对称面压力系数分布和试验值对比
对称面下表面(左)和上表面(右)热流密度系数分布和试验值对比
