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姿控发动机高空羽流流场干扰效应的dsmc方法研究

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空气动力学学报 2003年第1期21卷 104-108页

作者：黄琳聂万胜陈伟芳国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073 装备指挥技术学院北京怀柔101641

在研究权函数设置及热力学非平衡模型的基础上,将dsmc方法应用于求解三维问题,数值模拟了轴线平行的两姿控发动机喷流干扰形成的高空羽流流场。结果表明,过渡区流场中存在显著的干扰效应,采用将单个流场物理量简单相加的方法是不合适的。

关键词：姿控发动机高空羽流干扰效应 dsmc方法

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基于dsmc方法的微槽道流滑移系数研究

浙江工业大学学报 2010年第4期38卷 391-395页

作者：龙建清陈冰冰郑三龙张玮浙江工业大学化工机械设计研究所浙江杭州310032

采用直接模拟Monte Carlo(dsmc)方法模拟微槽道气体流动,根据处于滑移流的dsmc速度分布数据,得到统一滑移模型的新滑移系数,建立新的滑移模型.运用扰动分析理论得到二维Navier-Stokes(N-S)方程的速度分布、压力分布和质量流率表达式.在... 详细信息

采用直接模拟Monte Carlo(dsmc)方法模拟微槽道气体流动,根据处于滑移流的dsmc速度分布数据,得到统一滑移模型的新滑移系数,建立新的滑移模型.运用扰动分析理论得到二维Navier-Stokes(N-S)方程的速度分布、压力分布和质量流率表达式.在不同算例中,将新滑移模型下的扰动分析解分别与Cercignani模型和Schamberg模型比较,同时在出口克努森数(Kno)大于0.1的算例中添加dsmc结果作为比较,评估带新滑移模型的N-S方程对微槽道流动的预测能力.

关键词：微槽道滑移系数扰动分析 dsmc方法

含电离化学反应dsmc模拟的稀有组分权重因子方法

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空气动力学学报 2018年第5期36卷 856-862页

作者：方明杜波强李中华李丹杨中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000 国家计算流体力学实验室北京100191 北京大学物理学院北京1000871

基于人为增大电子质量的基本假设,在前期工作的基础上,提出了一种用于dsmc模拟中处理含电离化学反应的稀有组分权重因子方法。在粒子间碰撞分子对数目的确定上,考虑了权重因子引入的修正。不同权重粒子碰撞之后的状态,以权重因子之比为... 详细信息

基于人为增大电子质量的基本假设,在前期工作的基础上,提出了一种用于dsmc模拟中处理含电离化学反应的稀有组分权重因子方法。在粒子间碰撞分子对数目的确定上,考虑了权重因子引入的修正。不同权重粒子碰撞之后的状态,以权重因子之比为概率进行确定。对于空气11组元的含电离化学反应,归类为四种情况分别处理,基本思想是根据权重因子对生成的稀有组分粒子进行复制、对反应物中的常规组分按概率保留或删除。比较分析了RAM-CⅡ和Stardust等典型再入速度下,在含电离化学反应使用稀有组分权重因子方法后,对飞行器绕流流场结构电子数密度分布造成的影响。计算结果表明:权重因子方法的使用不会给宏观流场参数计算带来影响,它能显著改善弱电离情况下电子等稀有组分数密度等值线的光滑性;对于较强电离的情况,亦能有效抑制稀有组分低密度区的统计涨落。

关键词：稀薄气体化学反应电离效应 dsmc方法权重因子

基于切割单元直角坐标网格的dsmc方法及优化技术

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基于切割单元直角坐标网格的DSMC方法及优化技术

作者：周士杰南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科学技术的日新月异,航空、航天领域迅猛发展。飞行器不仅在外形、结构上突破传统,飞行高度也不断提升。在飞行高度不断增加的同时,气体密度会越来越小,稀薄气体效应也越来越明显。此时,连续介质假设下的Navier-Stokes方程已经不再... 详细信息

随着科学技术的日新月异,航空、航天领域迅猛发展。飞行器不仅在外形、结构上突破传统,飞行高度也不断提升。在飞行高度不断增加的同时,气体密度会越来越小,稀薄气体效应也越来越明显。此时,连续介质假设下的Navier-Stokes方程已经不再适用,取而代之的则是高度非线性的Boltzmann方程。数值求解Boltzmann方程存在着巨大的困难,为了方便研究往往需要对方程进行各式各样的假设。为了有效地解决稀薄气体动力学问题,人们先后发展了一系列的方法。在这些求解稀薄气体动力学的众多方法中,由Bird提出的直接模拟Monte-Carlo方法(dsmc)发展尤为迅速。它的应用范围非常广泛,目前已成为研究稀薄气体动力学非常重要的方法之一。本文主要研究高超声速稀薄气体流动中基于切割单元直角坐标网格的dsmc方法及优化技术,致力于发展一套具有较高自动化程度且通用性良好、适用于切割单元以及任意复杂外形的dsmc程序。本文中,首先阐述了分子气体动力学基本原理,为下文对稀薄气体流动进行直接物理模拟奠定基础。其次,通过对与物面相交的正方体网格进行切割处理来保证单元的贴体性,同时采用网格加密技术使物面附近的网格尺度满足要求。这样的直角坐标网格生成方法不仅提高了计算过程中的搜索效率,也保证了物面附近的计算精度。然后,研究了基于切割单元直角坐标网格的dsmc方法的实现与应用,并发展了一种新的相邻单元搜索方法,能够适用于任意形状多面体间的分子搜索。因为dsmc方法是一种以分子为研究对象的统计方法,对计算机资源要求非常高,所以本文最后研究了当地模拟分子代表真实分子数和动态时间步长两种优化技术来提高程序的计算效率,并通过相应的算例证明了这些方法的正确性。

关键词： dsmc方法直角坐标网格切割单元稀薄气体动力学分子搜索

dsmc方法在高超声速平板的近空间气动特性分析中的应用

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DSMC方法在高超声速平板的近空间气动特性分析中的应用

表面特性对棘齿型Knudsen泵气体分离特性影响的模拟研究

第五届全国青年计算物理学术交流会

作者：黄飞程晓丽沈清中国航天空气动力技术研究院

未来在近空间域飞行的高超声速飞行器采用高升阻比、尖化前缘的扁平状升力面,并长时间在具有稀薄效应的大气中飞行,其飞行环境介于稠密大气层和稀薄大气层之间,飞行环境不再那么单一,其局部部件将会出现不同程度的稀薄气体效应。到目前... 详细信息

未来在近空间域飞行的高超声速飞行器采用高升阻比、尖化前缘的扁平状升力面,并长时间在具有稀薄效应的大气中飞行,其飞行环境介于稠密大气层和稀薄大气层之间,飞行环境不再那么单一,其局部部件将会出现不同程度的稀薄气体效应。到目前为止,实验研究难以模拟这些高度下的复杂环境,而

关键词： dsmc方法超声速平板空间气动特性计算分析阻力系数摩阻比重稀薄效应超声速飞行器

来源： cnki会议评论

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真空 2024年第3期61卷 13-19页

作者：韩峰张志军张世伟王晓伟东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

Knudsen泵作为一种微型泵,在微机电系统(MEMS)中具有广泛应用。本文提出了一种具有不同表面反射系数的棘齿型Knudsen泵,通过直接模拟蒙特卡罗(dsmc)方法对该泵内He-Xe混合气体流动特性进行了数值模拟研究。结果表明:表面反射特性对Knud... 详细信息

Knudsen泵作为一种微型泵,在微机电系统(MEMS)中具有广泛应用。本文提出了一种具有不同表面反射系数的棘齿型Knudsen泵,通过直接模拟蒙特卡罗(dsmc)方法对该泵内He-Xe混合气体流动特性进行了数值模拟研究。结果表明:表面反射特性对Knudsen泵内的流场特性和气体分离特性影响巨大,不同的表面反射特性导致了Knudsen泵内不同的热驱流动机理;三角形倾斜边的α_(n)=σ_(t)=0时Knudsen泵内主要热驱流动为辐射流,有利于气体分离,而α_(n)=σ_(t)=1时Knudsen泵内主要热驱流动为热边缘流,对气体分离没有明显有利作用;三角形倾斜边的α_(n)=σ_(t)=0时He和Xe的速度和扩散速度在三角形棘齿上顶点附近差异最大,而α_(n)=σ_(t)=1时在三角形棘齿左侧顶点附近差异最大;越轻的气体流动速度和扩散速度越快。本文可为实际工程应用中微型气体分离装置的设计和生产提供理论依据。

关键词： Knudsen泵气体分离表面特性热驱流动棘齿型微通道 dsmc方法微机电系统(MEMS)

Rayleigh-Benard系统不稳定性的dsmc方法研究(英文)

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力学季刊 2002年第4期23卷 494-498页

作者：陈伟芳祝志文张志诚吴其芬国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

本文应用dsmc方法初步研究了稀薄气体状态下Rayleigh-Benard系统的不稳定性特征,着重考察了气体密度梯度对Rayleigh-Benard系统不稳定性特征的影响。研究表明dsmc方法能够成功地模拟Rayleigh-Benard系统内涡的运动,得到了与外力方向相... 详细信息

本文应用dsmc方法初步研究了稀薄气体状态下Rayleigh-Benard系统的不稳定性特征,着重考察了气体密度梯度对Rayleigh-Benard系统不稳定性特征的影响。研究表明dsmc方法能够成功地模拟Rayleigh-Benard系统内涡的运动,得到了与外力方向相反的密度梯度会增加Rayleigh-Benard系统流动不稳定性的结果。

关键词： dsmc方法稀溥气体动力学 Rayleigh-Benard系统

dsmc与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

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DSMC与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

作者：张利南京理工大学

学位级别：硕士

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的... 详细信息

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的计算方法是基于连续介质模型,而在稀薄气体中连续介质模型不再成立,基于连续流基本方程的流动求解方法不再有效。目前,远程弹箭的弹道高度可达到80km,甚至80km以上,远程弹箭长时间在过渡流区飞行,因此,建立过渡流区气动力系数计算模型对远程弹箭的研究有重要意义,而将dsmc数值模拟技术与桥函数方法相结合是一种行之有效的方案。本文首先研究了dsmc模拟方法所用到的数学模型,包括分子间的碰撞模型及两分子碰撞后速度的求解公式、分子物面相互作用模型、碰撞对的选取等,同时也给出了它们在dsmc模拟中的实现办法。并利用dsmc程序对几种简单外形物体在不同马赫数和不同克努森数下的绕流流场进行了模拟计算。其次,为了在工程设计初始阶段快速计算远程弹箭在过渡区的气动力系数,提出了一种工程估算方法——桥函数法。本文结合dsmc模拟结果,构造了sine-squared和erflog两种桥函数,分析了它们在过渡区气动力系数计算方面的适用性问题。数值计算表明,sine-squared和erf-log均能较好地计算过渡区气动力系数,而erf-log桥函数中的待定参数依赖于dsmc的模拟结果,计算不够快捷方便,因此本文选择sine-squared桥函数计算远程弹箭在过渡区的气动力系数。最后,基于sine-squared桥函数,建立了某远程弹箭过渡区气动力系数桥函数一体化计算模型,并利用三维球单锥的dsmc模拟结果验证了该模型的可行性,然后利用该模型对远程弹箭在过渡区的气动力系数进行了计算和分析。分析表明稀薄气体效应对过渡区的气动力特性有很大的影响,随着稀薄效应的增强,弹箭的升力、阻力和俯仰力矩系数都有明显地增加,升阻比则会减小,压心位置向前移动。

关键词：远程弹箭稀薄流动 dsmc方法气动力系数桥函数方法

基于dsmc方法的多孔介质孔隙规则网络气体传质模型研究

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基于DSMC方法的多孔介质孔隙规则网络气体传质模型研究

作者：龙建清浙江工业大学

学位级别：硕士

多孔介质中的气体传质研究涉及到多个应用领域,如气固催化反应、分子筛、多孔膜气体分离、气体吸附、微反应器等。多孔介质的孔道结构尺寸细小,孔道结构对流体介质的流动和传质规律影响较大,如何对其进行有效的理论描述是人们关注的重... 详细信息

多孔介质中的气体传质研究涉及到多个应用领域,如气固催化反应、分子筛、多孔膜气体分离、气体吸附、微反应器等。多孔介质的孔道结构尺寸细小,孔道结构对流体介质的流动和传质规律影响较大,如何对其进行有效的理论描述是人们关注的重要问题之一。本文采用孔隙规则网络模型作为多孔介质的结构模型,以分子模拟方法——直接模拟Monte Carlo(dsmc)方法为研究工具,针对过渡流问题,建立多孔介质中气体流动和传质模型框架,深入研究了该框架的关键问题——“点-键”模型。首先采用dsmc方法研究微流动的一般特性。编写的MFRBdsmc程序,能对前/后台阶流动、微喷管流动、气体混合过程和多孔介质孔隙规则网络模型等进行dsmc模拟。通过应用扰动分析理论求解带滑移边界条件的N-S方程,研究典型滑移模型对微流动的预测能力。结果表明,二阶滑移模型Cercignani预测结果与dsmc数据最为接近。当出口克努森数(Kn数)数较大时,气体流动出现微流动特性:壁面处速度不为零,且沿流动方向逐渐增大;稀薄效应使原本沿流动方向呈非线性分布的压力趋于线性;质量流率随Kn数的增加而增大。进而利用dsmc模拟结果提出新的滑移模型,当Kn数小于0.254时,该模型对微流动具有较好的预测,带该滑移模型的N-S方程质量流率滑移解与dsmc结果偏差约为5%。 “点-键”模型为多孔介质孔隙规则网络气体传质模型的基本单位,本文根据Kn数范围为0.24～47.60的微槽道流动MFRBdsmc程序模拟结果和Beskok等人的修正稀薄系数法,建立“键”的表达式;对Kn数范围为0.12～11.3的“十字”形微槽道气体流动进行MFRBdsmc程序的dsmc模拟,将“十字”形微槽道交叉区域(cross)作“点”处理;通过引入无量纲等效长度(L′),在“键”的传质公式中考虑cross对传质的影响,进而建立起“点-键”模型。通过对不同压差、不同气体介质、不同高长比微槽道的dsmc模拟,对“点-键”模型进行dsmc验证,“点-键”模型计算结果与dsmc模拟值的偏差范围为3.69%～12.65%。本文进一步探讨双组分气体在微槽道中的传质过程。He-Ar的MFRBdsmc程序模拟结果表明,双组分气体传质机理不只是Knudsen扩散;沿微槽道流动方向,Ar的摩尔分数大于He,但在出口附近二者均发生剧烈变化,使得出口处的He摩尔分数大于Ar;而Ar的组分分压则一直大于He。在流动中分子量较大的Ar所受He的影响较小,几乎保持纯Ar的流动状态,由此本文通过dsmc模拟结果对混合粘性系数进行修正,并将其应用于单组分“键”的传质公式,以此预测混合组分的质量流率。

关键词：多孔介质孔隙网络模型微流动传质 dsmc方法