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基于动理学模型的多尺度随机粒子方法

空气动力学学报 2019年第5期37卷 731-739页

作者：费飞张俊柳朝晖华中科技大学航空航天学院武汉430074 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室武汉430074

传统随机粒子方法的时空离散步长受分子碰撞尺度(分子平均自由程和平均碰撞时间)的限制,当空间和时间离散尺度远大于碰撞特征尺度时,其输运系数的数值误差显著增加,因此如直接利用这类方法对跨流域流动精确求解,其计算效率往往是极低的(... 详细信息

传统随机粒子方法的时空离散步长受分子碰撞尺度(分子平均自由程和平均碰撞时间)的限制,当空间和时间离散尺度远大于碰撞特征尺度时,其输运系数的数值误差显著增加,因此如直接利用这类方法对跨流域流动精确求解,其计算效率往往是极低的(如dsmc方法,Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法)。通过对随机粒子方法输运系数离散误差的分析可知,这主要是因为传统算法将模拟分子的运动和碰撞解耦计算引起的。针对这一问题,本文介绍了适合于跨流域流动模拟的多尺度Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法。通过分子运动求解中耦合碰撞作用,在连续流区域,改进的随机粒子方法在较大的时间步长下仍能够满足宏观流体力学方程的输运性质。理论和计算结果显示,多尺度Fokker-Planck和BGK模型随机粒子方法可以高效准确地模拟从稀薄流到连续流的跨流域气体流动。

关键词：动理学模型随机粒子方法多尺度流动 dsmc

高超声速稀薄流曲形槽道ABLE翼型气动特性分析

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力学季刊 2021年第1期42卷 120-129页

作者：张帅方蜀州郭建许阳北京理工大学宇航学院北京100081

将曲形槽道人工钝头(Artificial Blunted Leading Edge,ABLE)概念应用于对称菱形翼中,针对飞行器可能出现的高空稀薄流流域进行分析,旨在探究ABLE概念在近空间稀薄流流域内的适用情况。利用直接模拟蒙特卡罗(dsmc)方法,对比分析了攻角为... 详细信息

将曲形槽道人工钝头(Artificial Blunted Leading Edge,ABLE)概念应用于对称菱形翼中,针对飞行器可能出现的高空稀薄流流域进行分析,旨在探究ABLE概念在近空间稀薄流流域内的适用情况。利用直接模拟蒙特卡罗(dsmc)方法,对比分析了攻角为0~10°下菱形翼与ABLE菱形翼的气动性能,并探讨了槽道构型参数对翼型气动性能的影响。结果表明,槽道参数设计合理时,ABLE概念能以较小的热流增量为代价显著提升翼型的升阻比,增升效果明显;与连续流情况下有明显差异,在稀薄流中,虽然槽道将前缘驻点高压区移除,但是由于槽道增加的湿润面积致使粘性阻力大幅度增加,导致ABLE概念翼型减阻性能不佳;除此之外,由于明显的稀薄气体效应,翼型气动力性能严重劣化。

关键词：高超声速稀薄流曲形槽道ABLE dsmc 气动特性

超声速平头圆柱绕流dsmc/EPSM混合算法研究

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空气动力学学报 2002年第2期20卷 206-210页

作者：吴明巧陈伟芳任兵国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

本文将EPSM算法与dsmc方法结合 ,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的dsmc/EPSM混合算法。运用混合算法模拟马赫数等于 5 .37时超声速平头圆柱绕流 ,并与dsmc结果进行比较 ,证明了dsmc/EPSM混合算法的有效性 ,并对两种算法的计算效率... 详细信息

本文将EPSM算法与dsmc方法结合 ,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的dsmc/EPSM混合算法。运用混合算法模拟马赫数等于 5 .37时超声速平头圆柱绕流 ,并与dsmc结果进行比较 ,证明了dsmc/EPSM混合算法的有效性 ,并对两种算法的计算效率进行了比较。

关键词：超声速平头圆柱绕流 EPSM 混合算法衡薄气体流动 dsmc

天宫飞行器过渡流区高超声速绕流N-S/dsmc耦合计算

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载人航天 2020年第5期26卷 543-549页

作者：李中华党雷宁李志辉李绪国中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000 北京航空航天大学北京前沿创新中心国家计算流力学实验室北京100191

针对类天宫飞行器服役期满再入大气层多次解体过程残骸碎片绕流对气动特性干扰影响的问题,在数值求解N-S方程的CFD和dsmc方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展了基于Chapman-Enskog非平衡速度分布函数的耦合区域双向信息交换亚... 详细信息

针对类天宫飞行器服役期满再入大气层多次解体过程残骸碎片绕流对气动特性干扰影响的问题,在数值求解N-S方程的CFD和dsmc方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展了基于Chapman-Enskog非平衡速度分布函数的耦合区域双向信息交换亚松弛计算技术,建立了适于残骸碎片两体不同间隔绕流干扰流场的N-S/dsmc耦合算法。对天宫飞行器两舱结构体在过渡流区低密度风洞试验状态进行了耦合计算,计算结果与风洞试验结果吻合很好,验证了所建立的耦合算法对再入解体残骸碎片气动特性计算的有效性和可靠性。通过对天宫飞行器解体碎片的简化外形球和球柱体在过渡流区高超声速两体干扰气动特性进行不同间隔绕流场耦合计算分析,结果表明,在一定的距离范围内,两体干扰会对残骸碎片的气动特性产生较强的影响,不同的残骸碎片外形在不同距离的干扰规律不一致。计算结果为天宫飞行器再入解体气动融合轨道数值预报提供设计依据。

关键词：天宫飞行器空气动力学过渡流 CFD dsmc 信息交换耦合算法多体干扰

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高超声速稀薄流尖前缘平板气动性能分析

西北工业大学学报 2020年第S1期38卷 27-34页

作者：张帅方蜀州许阳北京理工大学宇航学院北京100081

采用dsmc方法对尖前缘平板在高超声速稀薄流中的气动性能进行分析。选取前缘楔角角度为10°~90°的前缘无限尖化平板以及固定楔角角度α=45°的钝化半径为0.1~0.9 mm前缘尖点钝化平板进行计算分析,旨在揭示高超声速稀薄流中楔角角度与... 详细信息

采用dsmc方法对尖前缘平板在高超声速稀薄流中的气动性能进行分析。选取前缘楔角角度为10°~90°的前缘无限尖化平板以及固定楔角角度α=45°的钝化半径为0.1~0.9 mm前缘尖点钝化平板进行计算分析,旨在揭示高超声速稀薄流中楔角角度与钝化半径对尖前缘平板气动性能的影响规律和内在机理。数值结果表明,楔角角度和钝化半径对前缘流场结构的影响较为一致,这也使得楔角角度和钝化半径对平板表面气动参数的影响规律极其相似。楔角角度和钝化半径对传热系数和摩擦阻力系数的影响较小,相比之下对压力系数的影响更为明显。在较小的楔角角度和钝化半径时,气动参数最大值均出现在唇缘顶点之后的位置,切向上气动参数呈现出先上升后下降的趋势。随着楔角角度和钝化半径的增大,气动参数最大值出现的位置不断前移,直至唇缘顶点。除此之外,平板表面气动参数的最大值也随着楔角角度和钝化半径的增大不断升高。

关键词：高超声速稀薄流 dsmc 尖前缘平板气动特性

稀薄流热化学非平衡dsmc方法模拟中两种位阻因子算法的比较研究

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工程热物理学报 2002年第2期23卷 221-223页

作者：张小斌谈和平刘林华黄勇哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

对化学反应进行模拟的关键是找到准确的化学反应抽样几率及位阻因子．本文对国内外应用较普遍的两种计算复合反应位阻因子的方法，即正、逆反应速率法进行了详细的比较，并用不同的分子对这两种方法分别进行了模拟．最后将模拟结果与理... 详细信息

对化学反应进行模拟的关键是找到准确的化学反应抽样几率及位阻因子．本文对国内外应用较普遍的两种计算复合反应位阻因子的方法，即正、逆反应速率法进行了详细的比较，并用不同的分子对这两种方法分别进行了模拟．最后将模拟结果与理论计算结果进行了比较，发现随着稀薄程度的增加；正反应速率法的模拟结果与理论吻合较好．

关键词：化学非平衡 dsmc 复合反应位阻因子正逆反应速率法化学反应稀薄气体流场超声速飞行模拟

3D dsmc Simulation of Rarefied Gas Flows around a Space Crew Capsule Using OpenFOAM

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Open Journal of Applied Sciences 2013年第1期3卷 35-38页

作者： Zhi Shang Shuo Chen Institute of High Performance Computing A*STAR Singapore School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics Tongji University Shanghai China

An open source Direct Simulation Monte Carlo (dsmc) code, called as dsmcFoam in OpenFOAM, is used to study a blunt body with the shape of a space crew capsule return vehicle. The rarefied gas has the Knudsen number with 0.03. The flow with a Mach number 4.35 over the capsule was simulated by dsmc. The distributions of velocity field and temperature around the capsule were calculated. This study may provide some useful information for the reentry of the return vehicle.

关键词： dsmc Rarefied Gas Crew Capsule Reentry OpenFOAM

超声速平板绕流dsmc/EPSM混合算法研究

维普期刊数据库评论

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空气动力学学报 2002年第4期20卷 441-445页

作者：陈伟芳吴明巧赵玉新任兵国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

本文将平衡粒子模拟方法(EPSM)与蒙特卡罗直接模拟方法(dsmc)结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的dsmc/EPSM混合算法。运用混合算法模拟马赫数等于4时超声速平板绕流,并与dsmc结果进行比较,证明了dsmc/EPSM混合算法的有效性。将D... 详细信息

本文将平衡粒子模拟方法(EPSM)与蒙特卡罗直接模拟方法(dsmc)结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的dsmc/EPSM混合算法。运用混合算法模拟马赫数等于4时超声速平板绕流,并与dsmc结果进行比较,证明了dsmc/EPSM混合算法的有效性。将dsmc方法与混合算法的计算效率进行了比较。

关键词： dsmc EPSM 混合算法超声速流动绕流

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低轨卫星的气动特性预测与分析

空间科学学报 2015年第1期35卷 69-76页

作者：黄飞赵波程晓丽吕俊明中国航天空气动力技术研究院北京100074

针对低轨卫星高空自由分子流区的飞行环境特征,采用GOCE卫星典型弹道下的气动数据对dsmc仿真方法进行了算例验证,并就CLL模型下不同物面反射系数对GOCE卫星流场特征及气动特性的预测差异进行了对比分析,给出不同物面反射系数对卫星阻力... 详细信息

针对低轨卫星高空自由分子流区的飞行环境特征,采用GOCE卫星典型弹道下的气动数据对dsmc仿真方法进行了算例验证,并就CLL模型下不同物面反射系数对GOCE卫星流场特征及气动特性的预测差异进行了对比分析,给出不同物面反射系数对卫星阻力预测的定量差异.结果表明,本文方法所得气动阻力与文献结果吻合较好,能够在此飞行区域给出合理的气动阻力;当反射系数从0.1逐渐变化至1.0时,卫星流场的驻点区域、尾部方向舵区域压力分布逐渐从带状结构向扇形结构过渡;在所研究的工况下,随着物面反射系数的增加,摩阻系数预测结果偏大,压阻系数预测结果偏小,总阻力先增加后减小,约在反射系数0.8附近达到最大.

关键词：低轨卫星 GOCE dsmc CLL物面模型阻力系数