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微尺度流动研究的简要综述 被引量:10
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作者 孙江龙 吕续舰 +1 位作者 郭磊 杨侠 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期502-508,共7页
显微机械加工技术和微机电系统研究的发展为微尺度流动研究开辟一个全新的领域。微观尺度下表现出来的大表面积体积比、表面效应、稀薄性和可压缩性等问题,表明微尺度流体流动所基于的物理因素与宏观尺度下是不同的。目前,微尺度流体流... 显微机械加工技术和微机电系统研究的发展为微尺度流动研究开辟一个全新的领域。微观尺度下表现出来的大表面积体积比、表面效应、稀薄性和可压缩性等问题,表明微尺度流体流动所基于的物理因素与宏观尺度下是不同的。目前,微尺度流体流动应用技术的发展速度已经远远超过其本身机理的研究,文中对微尺度流体流动的有关研究进行阐述,为其本身机理的进一步深入研究提供参考。 展开更多
关键词 微尺度 表面效应 努森数 分子动力学 直接模拟monte carlo
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压力边界条件下微通道内气体流动换热特性研究 被引量:5
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作者 贺群武 王秋旺 +1 位作者 罗来勤 陶文铨 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期837-839,共3页
本文用直接模拟蒙特卡罗方法对给定进出口压力边界条件下微通道内气体的流动换热特性进行了数值模拟,给 出了壁面与流体的温差对气体沿程压力、温度及数密度分布的影响。计算结果表明,当壁温高于流体温度时,温差仅出现 在通道进出口处,... 本文用直接模拟蒙特卡罗方法对给定进出口压力边界条件下微通道内气体的流动换热特性进行了数值模拟,给 出了壁面与流体的温差对气体沿程压力、温度及数密度分布的影响。计算结果表明,当壁温高于流体温度时,温差仅出现 在通道进出口处,但其发生机理却不同;流体可压缩性与稀薄性均得到增强,沿程压力分布更加非线性。 展开更多
关键词 Kn数 微通道 压力边界 直接模拟蒙特卡罗
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直接模拟蒙特卡罗羽流模拟的两相作用模型 被引量:6
3
作者 何小英 贺碧蛟 蔡国飙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期214-219,共6页
为了数值模拟包含气体分子和凝相颗粒的两相羽流场,使用自主开发的羽流计算软件(PWS)对两相作用模型进行研究。计算均匀气流对颗粒的加速过程,结果与理论解一致,证明气体分子对颗粒的单向作用模型合理。计算气体分子在颗粒表面的反射时... 为了数值模拟包含气体分子和凝相颗粒的两相羽流场,使用自主开发的羽流计算软件(PWS)对两相作用模型进行研究。计算均匀气流对颗粒的加速过程,结果与理论解一致,证明气体分子对颗粒的单向作用模型合理。计算气体分子在颗粒表面的反射时,将全局坐标系转换到颗粒坐标系确定其法线,再转换到法线坐标系进行镜面反射或漫反射。将这种间接法与使用反射向量的分布函数的直接法进行了对比。对同一个气体分子在颗粒表面的反射进行1×106次数值试验,两种方法所得镜面反射的速度向量均符合空间均匀分布,漫反射的速度向量分布相互一致。使用两种方法模拟150N液体火箭发动机的两相羽流场,所得气相羽流场几乎相同,间接法计算效率较高。液滴颗粒对气流场的影响主要集中在轴线附近,与无液滴的气流场相比,有液滴时会使气流温度升高、压强增大、马赫数减小。 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡罗 两相羽流场 气体-表面反射 漫反射 镜面反射
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Taylor-Couette流的DSMC数值模拟 被引量:5
4
作者 何小英 贺碧蛟 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期353-356,共4页
使用圆柱坐标系网格的三维DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)模型,对同轴圆柱间Taylor-Couette流中Taylor涡的形成进行了数值模拟,并分析了不同计算域和边界条件下稳定流场中Taylor涡的轴向排列结构.在网格设置和流场参数不变的情况... 使用圆柱坐标系网格的三维DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)模型,对同轴圆柱间Taylor-Couette流中Taylor涡的形成进行了数值模拟,并分析了不同计算域和边界条件下稳定流场中Taylor涡的轴向排列结构.在网格设置和流场参数不变的情况下,使用轴对称DSMC模型对Taylor涡进行数值模拟,所得Taylor涡的稳定过程与三维结果一致,验证了使用三维DSMC方法来解决微尺度低速的稀薄气流问题的可行性.三维模拟结果表明Taylor涡以较大的圆周速度绕轴旋转,二维模拟则无法体现.对不同的内圆柱旋转速度进行数值模拟,确定了能够产生Taylor涡的临界速度值. 展开更多
关键词 Taylor涡 直接模拟蒙特卡罗 三维 轴向排列
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ICP刻蚀中等离子体分布的模拟 被引量:3
5
作者 冯明 张鉴 黄庆安 《电子器件》 EI CAS 2005年第3期529-531,共3页
采用直接蒙特卡罗方法对反应器中的气体分布进行粒子模拟,从而得到在不同条件下的一组结果,给出了粒子浓度和温度与腔体尺寸的关系图。并对结果作出分析比较,得出不同的条件对粒子浓度以及温度等产生影响,结果对ICP刻蚀的工艺控制有参... 采用直接蒙特卡罗方法对反应器中的气体分布进行粒子模拟,从而得到在不同条件下的一组结果,给出了粒子浓度和温度与腔体尺寸的关系图。并对结果作出分析比较,得出不同的条件对粒子浓度以及温度等产生影响,结果对ICP刻蚀的工艺控制有参考价值。 展开更多
关键词 等离子体分布 粒子模拟 直接模拟蒙特卡罗法 电感耦合等离子体
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Maxwell气固相互作用模型对稀薄高超声速凹腔绕流流动特征和热环境的影响 被引量:3
6
作者 靳旭红 黄飞 +1 位作者 程晓丽 苏鹏辉 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期162-172,共11页
针对高空航天飞机等再入飞行器表面缺陷或防热瓦缝隙导致的局部压力过高和气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了飞行高度为80km的稀薄流区高超声速凹腔绕流问题,考虑气固相互作用(GSI)模型对凹腔流场特征和表面压力、... 针对高空航天飞机等再入飞行器表面缺陷或防热瓦缝隙导致的局部压力过高和气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了飞行高度为80km的稀薄流区高超声速凹腔绕流问题,考虑气固相互作用(GSI)模型对凹腔流场特征和表面压力、热流的影响。结果表明:稀薄流条件(80km)下,GSI为完全漫反射时,在凹腔前缘分离的剪切层再次附着在后缘,在凹腔内部形成一个充满腔体的单涡结构;随着GSI从完全漫反射向镜面反射变化,气体与凹腔表面之间的切向动量交换减弱,即黏性剪切作用减弱,外部气流被卷入凹腔的程度减弱,导致涡结构不断减小直至消失,凹腔底部逐渐出现所谓的"死水区"。与完全漫反射相比,镜面反射或近镜面反射会导致凹腔上游侧面的峰值压力和峰值热流以及下游侧面的峰值压力剧烈增大,在飞行器设计中,应特别留意上述表面的压力载荷和热载荷。 展开更多
关键词 稀薄气体 气固相互作用 凹腔 高超声速 直接模拟monte carlo(dsmc)
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基于Delaunay三角形网格的2维DSMC算法实现及应用 被引量:2
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作者 王春财 程嘉 +3 位作者 季林红 路益嘉 孙钰淳 林嘉 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1079-1086,1097,共9页
传统的直接模拟Monte Carlo(DSMC)程序以直角网格为基础,在计算复杂的流动边界时不可避免地会带来一定误差。非结构网格虽然能够贴体地适应任何复杂流动边界,但因其拓扑结构的无序性、算法复杂、效率低等缺点而较少使用。该文提出一种基... 传统的直接模拟Monte Carlo(DSMC)程序以直角网格为基础,在计算复杂的流动边界时不可避免地会带来一定误差。非结构网格虽然能够贴体地适应任何复杂流动边界,但因其拓扑结构的无序性、算法复杂、效率低等缺点而较少使用。该文提出一种基于Delaunay三角形网格的粒子轨迹追踪算法。该算法用背景网格将计算域分成若干矩形区域,通过首先确定矩形区域再搜索三角形网格的方法实现粒子轨迹的追踪与定位。以该算法为核心编制了C语言版本的2维DSMC计算程序。通过与经典文献算例对比,验证了该算法的有效性。利用该DSMC程序研究了真空腔室内喷淋头(showerhead)微孔孔径变化对流场分布均匀性的影响。中性参考气体为氩气,固定入口压力200Pa、温度300K。结果表明:增加微孔孔径有利于提高径向速度和温度分布的均匀性,而减小微孔孔径有利于提高径向压力分布的均匀性。 展开更多
关键词 真空腔室 喷淋头 微孔 dsmc 数值模拟 非结构网格
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基于压力边界的微流道气体流动数值模拟方法 被引量:2
8
作者 叶建军 刘鹏飞 +3 位作者 杨健 郑津洋 贺世正 李维仲 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期820-825,共6页
基于单元格压力线形假设,提出了一种处理微流道压力边界的新方法.将此方法应用于直接蒙特卡罗(DSMC)方法,分别对在4种压力边界条件下的微流道气体流场进行了数值模拟,获得了微尺度流场的速度分布及压力分布,并比较了在各种压力边界条件... 基于单元格压力线形假设,提出了一种处理微流道压力边界的新方法.将此方法应用于直接蒙特卡罗(DSMC)方法,分别对在4种压力边界条件下的微流道气体流场进行了数值模拟,获得了微尺度流场的速度分布及压力分布,并比较了在各种压力边界条件下微流场的稀薄特性和沿程压力的线性度分布.研究表明,采用此方法获得的速度和压力模拟解与解析解比较一致;在整体更为稀薄的微流场中,由此方法给出的沿程压力分布线性度更好,Knudsen数变化更大.进出口速度收敛性分析表明,此方法不仅具有稳定的收敛性,而且与现有方法相比收敛更快. 展开更多
关键词 微流道 稀薄特性 直接蒙特卡罗(dsmc) 压力边界
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Spacecraft aerodynamics and trajectory simulation during aerobraking
9
作者 张文普 韩波 张成义 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2010年第9期1063-1072,共10页
This paper uses a direct simulation Monte Carlo (DSMC) approach to simulate rarefied aerodynamic characteristics during the aerobraking process of the NASA Mars Global Surveyor (MGS) spacecraft. The research focus... This paper uses a direct simulation Monte Carlo (DSMC) approach to simulate rarefied aerodynamic characteristics during the aerobraking process of the NASA Mars Global Surveyor (MGS) spacecraft. The research focuses on the flowfield and aerodynamic characteristics distribution under various free stream densities. The vari- ation regularity of aerodynamic coefficients is analyzed. The paper also develops an aerodynamics-aeroheating-trajectory integrative simulation model to preliminarily calculate the aerobraking orbit transfer by combining the DSMC technique and the classical kinematics theory. The results show that the effect of the planetary atmospheric density, the spacecraft yaw, and the pitch attitudes on the spacecraft aerodynamics is significant. The numerical results are in good agreement with the existing results reported in the literature. The aerodynamics-aeroheating-trajectory integrative simulation model can simulate the orbit transfer in the complete aerobraking mission. The current results of the spacecraft trajectory show that the aerobraking maneuvers have good performance of attitude control. 展开更多
关键词 aerobraking rarefied gas dynamics direct simulation monte carlo dsmc Mars spacecraft aerodynamic characteristic trajectory simulation
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基于计算统一设备架物Fortran的直接模拟蒙特卡洛方法并行优化 被引量:2
10
作者 严立 戴欣怡 +2 位作者 陈佳洛 王平阳 欧阳华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1198-1204,共7页
利用基于图形处理器(GPU)的计算统一设备架构(CUDA)Fortran编程平台,对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法进行并行优化,并以高超声速气动热计算为例,考察了串行与并行计算速度以及不同仿真分子数对并行效率的影响.结果表明,在保证计算精度不... 利用基于图形处理器(GPU)的计算统一设备架构(CUDA)Fortran编程平台,对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法进行并行优化,并以高超声速气动热计算为例,考察了串行与并行计算速度以及不同仿真分子数对并行效率的影响.结果表明,在保证计算精度不变的情况下,程序取得了4~10倍的加速比,并且加速性能高低与计算规模大小成正比. 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡洛 FORTRAN 图形处理器 计算统一设备架构 气动热
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动态网格的DSMC方法在GPU上的并行
11
作者 文敏华 林新华 Simon Chong Wee See 《计算机科学与探索》 CSCD 2013年第5期472-479,共8页
直接模拟蒙特卡罗方法(direct simulation Monte Carlo,DSMC)是稀薄气体动力学领域的重要工具。然而,DSMC方法有两个比较主要的缺点:一是复杂的网格处理;另一个是庞大的计算量。使用动态网格的DSMC方法可以根据流场信息,动态生成自适应... 直接模拟蒙特卡罗方法(direct simulation Monte Carlo,DSMC)是稀薄气体动力学领域的重要工具。然而,DSMC方法有两个比较主要的缺点:一是复杂的网格处理;另一个是庞大的计算量。使用动态网格的DSMC方法可以根据流场信息,动态生成自适应的碰撞网格,能有效解决前一个缺点;针对后一个缺点,使用统一计算架构(compute unified device architecture,CUDA)编写并行程序,将基于动态网格的DSMC方法移植到图形处理器(graphic processing unit,GPU)上以减少计算时间。在并行实现中,GPU负责绝大部分的计算,而CPU只负责初始化、结果输出等少量工作。使用一个二维超音速横掠平板问题作为算例,验证了并行程序的正确性。对于不同规模的算例,在NVIDIA Fermi C2050之上均获得了10倍以上的加速比;对于相同算例,NVIDIA最新发布的Kepler K20上的速度约为FermiC2050上的1.3~1.6倍。 展开更多
关键词 统一计算架构(CUDA) 图形处理器(GPU) 直接模拟蒙特卡罗方法(dsmc) 动态网格dsmc 并行模拟
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超低轨卫星气动阻力特性
12
作者 王晓亮 姚小松 +1 位作者 高爽 刘国华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1089-1100,共12页
以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70°钝体外形的气动实... 以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70°钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较,验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求. 展开更多
关键词 超低轨 卫星 气动阻力 直接模拟蒙特卡洛 70°钝体
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喷嘴角度对水银扩散泵抽气性能影响的DSMC模拟研究 被引量:1
13
作者 赵长莲 毛世峰 +3 位作者 刘鹏 覃世军 余羿 叶民友 《真空》 CAS 2020年第2期8-12,共5页
扩散泵由于其大抽速、连续稳态工作的优点,有望应用于未来聚变堆的偏滤器抽气系统中,以降低目前托卡马克装置中广泛采用的捕集式低温泵所带来的高氚存储量问题。由于氚相容性的限制,目前的商业油扩散泵无法直接应用于聚变堆中,水银将是... 扩散泵由于其大抽速、连续稳态工作的优点,有望应用于未来聚变堆的偏滤器抽气系统中,以降低目前托卡马克装置中广泛采用的捕集式低温泵所带来的高氚存储量问题。由于氚相容性的限制,目前的商业油扩散泵无法直接应用于聚变堆中,水银将是理想的扩散泵工作介质。为了支持未来聚变堆偏滤器抽气系统的水银扩散泵设计,需要针对水银扩散泵开展设计优化研究。本文采用直接模拟蒙特卡洛方法,基于KT-150扩散泵结构,研究了喷嘴角度对水银扩散泵的抽气速度及水银返流率的影响。结果表明喷嘴角度为45°时能够达到最佳的抽气速度1.53m^3/s,同时返流率没有显著提升。 展开更多
关键词 偏滤器抽气 直接模拟蒙特卡洛方法 水银扩散泵 抽速 返流率
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高超声速过渡区气动热的DSMC数值模拟研究 被引量:1
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作者 赵旭 丁海河 张庆兵 《现代防御技术》 北大核心 2010年第6期42-48,共7页
气动热是制约高超声速飞行器设计的主要因素之一,当飞行高度大于40 km时流场中存在局部过渡区流动特性,基于分子动力学的DSMC方法是解决高超声速过渡区气动热计算的有效途径之一。针对高超声速飞行器的典型球锥外形,采用DSMC方法开展了... 气动热是制约高超声速飞行器设计的主要因素之一,当飞行高度大于40 km时流场中存在局部过渡区流动特性,基于分子动力学的DSMC方法是解决高超声速过渡区气动热计算的有效途径之一。针对高超声速飞行器的典型球锥外形,采用DSMC方法开展了过渡区流动气动热特性研究,分析了当流场具有过渡区流动特性时,飞行马赫数和飞行高度对气动热的影响规律,并与Fay-Riddell驻点热流的工程算法作了对比分析。计算结果表明,DSMC方法在高超声速过渡区流动气动热计算中可以得到较好的结果,适用于高超声速过渡区流场气动热的计算与分析。 展开更多
关键词 高超声速 过渡区 气动热 直接模拟蒙特卡罗
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HL-2M内置式低温泵基于DSMC方法的抽速计算 被引量:1
15
作者 李勇 张志军 +2 位作者 邱银 卢勇 李强 《真空》 CAS 2016年第5期11-16,共6页
作为托克马克装置HL-2M的大型低温泵,必须确保其具有足够的抽速和较好的抽气性能。通过直接模拟蒙特卡洛方法的研究表明,HL-2M内置式低温泵在高真空分子流条件下的对H2的抽速为51.29 m^3/s,对He的抽速为24.94m^3/s,对D_2的抽速为38.04m^... 作为托克马克装置HL-2M的大型低温泵,必须确保其具有足够的抽速和较好的抽气性能。通过直接模拟蒙特卡洛方法的研究表明,HL-2M内置式低温泵在高真空分子流条件下的对H2的抽速为51.29 m^3/s,对He的抽速为24.94m^3/s,对D_2的抽速为38.04m^3/s;裸泵与带有偏滤器结构的抽速对比表明,偏滤器的结构使得低温泵的抽速下降很多,应该在允许的条件下,进一步优化偏滤器的结构;通过对粘滞系数的变化得知,真空泵的抽速受粘滞系数的变化影响较大;而对整个抽气过程的动态评估结果表明,低温真空泵具有较好的响应时间,能够满足实验的需求。 展开更多
关键词 低温泵抽速直接模拟蒙特卡洛法 HL-2M
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基于DSMC的某卫星太阳电池翼分子污染模拟 被引量:1
16
作者 院小雪 姜恺 +2 位作者 闫少光 周传良 杨东升 《计算机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第22期73-75,共3页
分析了空间分子污染物的传输过程,采用10组不同的输入参数,在曙光4000A超级计算机上用直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的并行算法计算了在轨运行期间分子污染物在某型号卫星太阳电池翼表面的沉积情况,分析了太... 分析了空间分子污染物的传输过程,采用10组不同的输入参数,在曙光4000A超级计算机上用直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的并行算法计算了在轨运行期间分子污染物在某型号卫星太阳电池翼表面的沉积情况,分析了太阳电池翼输出功率的衰减情况。 展开更多
关键词 分子污染模拟 直接模拟蒙特卡罗 并行计算 输出功率 衰减
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凝并与沉降共存的直接蒙特卡罗模拟及其验证
17
作者 刘龙波 张利兴 《计算机与应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1237-1240,共4页
气溶胶动力学方程是描述气溶胶动力学变化的主要方程,凝并与沉降共存问题是相关领域的常见的问题。建立了对该类问题的分段算法和直接蒙特卡罗模拟(Direct Simulation Monte Carlo method,DSMC)计算方法,对DSMC中事件后系统参数的更新... 气溶胶动力学方程是描述气溶胶动力学变化的主要方程,凝并与沉降共存问题是相关领域的常见的问题。建立了对该类问题的分段算法和直接蒙特卡罗模拟(Direct Simulation Monte Carlo method,DSMC)计算方法,对DSMC中事件后系统参数的更新方法进行了改进,并提出了用纳入解析解的分段算法的结果对DSMC模拟结果进行验证的方法。结果表明,改进的DSMC算法显著提高了计算效率,模拟结果与其它算法的结果一致。 展开更多
关键词 气溶胶动力学 凝并 沉降 直接蒙特卡罗模拟 通用动力学方程
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气固相互作用对吸气式电推进系统进气道性能的影响
18
作者 周云 靳旭红 +1 位作者 程晓丽 艾邦成 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1536-1546,共11页
针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟,考虑气固相互作用(GSI)模型对进气道内流特征、进气道收集和压缩性能的影响,并从气体动理论... 针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟,考虑气固相互作用(GSI)模型对进气道内流特征、进气道收集和压缩性能的影响,并从气体动理论的角度阐明了其作用机理。结果表明:GSI模型对进气道的压缩和收集性能具有巨大的影响,适应系数的降低即GSI中镜面反射比例的升高,能显著提高压缩因子和收集效率,适应系数从1.0降低到0.2使得压缩因子增大7倍多,收集效率增大将近4倍。适应系数的降低能有效增大进气道压缩因子和收集效率的机制是气体分子在内凹型压缩段壁面发生镜面反射之后汇聚通过焦点,进入电离加速段。上层大气层吸气式电推进系统的进气道应该采取几何外形/表面材料相互耦合的设计思路:既采用内凹型压缩段的进气道,更需要通过材料选取或表面加工降低GSI适应系数,使得GSI尽量接近镜面反射。 展开更多
关键词 上层大气层 稀薄气体流动 低密度气体流动 进气道 直接模拟monte carlo(dsmc)方法
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再入飞行中DSMC与Navier-Stokes两种模型的计算与分析 被引量:6
19
作者 王保国 黄伟光 +2 位作者 钱耕 李翔 李学东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期961-976,共16页
首次提出了再入飞行过程中"小Knudsen数特征区(即[Kn1,Kn2]域)"的概念,并用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)算法与求解Navier-Stokes方程两种模型详细研究了在这个区域中的流动.数值计算表明:采用王保国教授课题组自己编制的DSMC源程... 首次提出了再入飞行过程中"小Knudsen数特征区(即[Kn1,Kn2]域)"的概念,并用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)算法与求解Navier-Stokes方程两种模型详细研究了在这个区域中的流动.数值计算表明:采用王保国教授课题组自己编制的DSMC源程序和求解多组分、考虑热力学非平衡以及化学反应非平衡、弱守恒型Navier-Stokes方程组的源程序均可以完成在该区域的流动计算,而且所得流场气动参数的分布趋势大体上基本一致,对应点处相应参数的值相差较小.计算中发现:采用DSMC程序计算时,当来流工况的Knudsen数越小、越接近Kn1时则计算所需的时间越长,使用该程序可以得到[Kn1,Kn2]域的Kn1值,其值近似为0.001 9;采用Navier-Stokes方程的程序时,当来流工况的Knudsen数越大、越接近Kn2时则计算越不易收敛,使用该程序能够得到Kn2值,其值近似为0.012 5.计算中还发现:在流场计算过程中,分别采用DSMC与Navier-Stokes方程的源程序,其对应的来流工况Knudsen数取值分别越接近Kn1与Kn2时,均会出现收敛速度明显变慢的现象.为此,文中给出了加速流场计算收敛的3种措施.正是由于小Knudsen数特征区的存在,因此整个再入过程的所有飞行工况可以通过适当选用DSMC与Navier-Stokes方程的程序完成.显然,这个结论对再入飞行过程中的数值计算来讲是非常重要的. 展开更多
关键词 再入飞行 小Knudsen数特征区 NAVIER-STOKES方程 直接模拟蒙特卡罗(dsmc) 高超声速气动热力学
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壁面矩形微尺度结构对高速稀薄剪切流的影响
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作者 刘艳婷 欧吉辉 +1 位作者 韩宇峰 陈杰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第16期65-84,共20页
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。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 C... 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。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(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,壁面总阻力、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。 展开更多
关键词 微尺度结构 dsmc方法 稀薄气体效应 高速剪切流 适应系数
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