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DSMC方法在过渡区超音速、高超音速流动中的应用研究

汤继斌  
【摘要】:本论文对DSMC方法进行了一系列的研究,通过对多种模型和方法的比较,建立了一套DSMC数值模拟程序,并将其用于过渡区域超音速、高超音速飞行器的气动力、气动热等问题的分析。 本文采用结构化的贴体网格,来对模拟分子的运动进行定位和对碰撞对进行抽样统计。在此过程中,发展了一种基于结构网格的分子运动轨迹跟踪和定位方法——网格面法向量判断法。该方法把分子的运动循环、分子的排序和分子与物面的碰撞处理合而为一,并且分子的定位仅需通过与六个网格面法向量的数量积的计算获得,从而提高了计算效率。 对于多组元的VSS分子模型,引入分子内能激发和松弛概率,采用L-B模型来描述碰撞分子的平动、转动和振动之间的能量交换。采用NTC方法对分子碰撞对进行抽样碰撞处理,分子与物面的碰撞则采用了漫反射模型进行处理。同时,对DSMC数值模拟技术的网格尺寸和时间步长的选取进行了大量的尝试,得到了有意义的结果。 最后,采用本文发展的方法,对绕圆柱、球双锥和Apollo飞船的过渡区域流动进行了数值模拟,并对其气动特性、流场特征和流动现象进行了分析。通过将本文的计算结果与参考文献的计算结果和实验结果进行比较,验证了本文方法的可靠性。


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