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高空羽流场的DSMC计算和实验研究 被引量:21
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作者 程晓丽 李明智 +1 位作者 毛铭芳 阎喜勤 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第1期9-14,共6页
以小推力发动机的高空羽流场为研究对象 ,实现了高空小喷管氮气流DSMC方法数值模拟 ,验证了DSMC方法在高空膨胀流中的可用性 ,并在现有设备基础上 ,进行一组高空羽流试验 ,给出试验与计算的对比结果。结果表明 :喷管出口附近能得到满意... 以小推力发动机的高空羽流场为研究对象 ,实现了高空小喷管氮气流DSMC方法数值模拟 ,验证了DSMC方法在高空膨胀流中的可用性 ,并在现有设备基础上 ,进行一组高空羽流试验 ,给出试验与计算的对比结果。结果表明 :喷管出口附近能得到满意结果 ,由于实验设备能力所限 。 展开更多
关键词 羽流污染 dsmc方法 羽流试验 高空羽流场 数值模拟
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过渡区侧向喷流干扰的并行DSMC数值模拟研究 被引量:18
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作者 梁杰 阎超 +1 位作者 杨彦广 杜波强 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期1012-1018,共7页
在高空低密度环境,空间飞行器的控制面效率下降较快,反作用控制系统(RCS)作为改变飞行姿态或轨道的直接力系得到大量应用,为了精确预测高空RCS喷流与稀薄大气的干扰效应,本文建立了直角与表面非结构网格混合结构的DSMC数值算法以及网格... 在高空低密度环境,空间飞行器的控制面效率下降较快,反作用控制系统(RCS)作为改变飞行姿态或轨道的直接力系得到大量应用,为了精确预测高空RCS喷流与稀薄大气的干扰效应,本文建立了直角与表面非结构网格混合结构的DSMC数值算法以及网格自适应算法,保证了碰撞分子是在自适应后的亚网格内选取,提高了计算精度。采用静态随机负载平衡技术构建了并行DSMC代码,计算分析了不同压比条件下的三维平板模型侧向喷流与稀薄大气的干扰流场。计算的复杂流场结构和表面流动特征、分离长度与低密度风洞试验有较好的一致性。在保持来流参数不变的情况下,喷流干扰区的分离长度及喷流透射高度随着喷流压比的增大而增大。随着来流稀薄度的增加,来流对喷流的影响越来越弱,而喷流自身的影响区域却越来越大。 展开更多
关键词 喷流干扰 流动分离 稀薄气体 dsmc方法 并行计算
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DSMC-LES方法研究循环流化床内颗粒团聚物的流动特性 被引量:8
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作者 刘欢鹏 王淑彦 +2 位作者 陆慧林 刘文铁 沈志恒 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期1197-1205,共9页
采用直接模拟MonteCarlo方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定.数值模拟垂直管内气固两相... 采用直接模拟MonteCarlo方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定.数值模拟垂直管内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度以及聚团流动进行分析.研究平均单个颗粒团聚物的存在时间、颗粒团聚物的时间份额和颗粒团聚物的生成频率分布特性,模拟结果与文献的实验结果基本吻合. 展开更多
关键词 dsmc方法 大涡模拟 颗粒团聚物
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DSMC/EPSM混合算法研究 被引量:10
4
作者 陈伟芳 吴明巧 任兵 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期274-278,共5页
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。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效... 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。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效性,同时将EPSM算法与DSMC算法的效率进行了比较。 展开更多
关键词 dsmc/EPSM混合算法 气体动力学 蒙特卡罗直接模拟法 平衡粒子模拟法 超音速平板绕流 稀薄气体流动
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过渡流区N-S/DSMC耦合计算研究 被引量:15
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作者 李中华 李志辉 +3 位作者 李海燕 杨彦广 胡振震 戴金雯 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期282-287,共6页
在已有CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展适于流场分区信息交换的亚松弛技术,建立了N-S/DSMC耦合算法。通过对近连续过渡流区不同Kn数条件下钝锥绕流计算与低密度风洞试验结果比较分析,一方面证明了本文所建立的N-S... 在已有CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展适于流场分区信息交换的亚松弛技术,建立了N-S/DSMC耦合算法。通过对近连续过渡流区不同Kn数条件下钝锥绕流计算与低密度风洞试验结果比较分析,一方面证明了本文所建立的N-S/DSMC耦合计算模型和方法在低Kn数过渡流区的有效性,另一方面剖析了N-S/DSMC耦合计算误差,可望发展一个工程适用的近连续过渡流区高超声速飞行器气动特性预测分析工具。 展开更多
关键词 过渡流 CFD dsmc 信息交换 耦合算法
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姿控发动机内流场及高空羽流流场的DSMC一体化数值模拟 被引量:7
6
作者 黄琳 陈伟芳 +1 位作者 吴其芬 任兵 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2001年第4期383-387,共5页
通过引入“平衡抽样方法”有效解决了DSMC求解近连续流区所遇到的碰撞项计算效率问题 ;对于过渡流及自由分子流区 ,构造了适合于DSMC仿真的分子碰撞传能模型并配置了一种光滑过渡以减少误差的权函数。在此基础上首次实现了对姿控发动机... 通过引入“平衡抽样方法”有效解决了DSMC求解近连续流区所遇到的碰撞项计算效率问题 ;对于过渡流及自由分子流区 ,构造了适合于DSMC仿真的分子碰撞传能模型并配置了一种光滑过渡以减少误差的权函数。在此基础上首次实现了对姿控发动机喷管内流场及包括倒流区在内的高空羽流流场的DSMC方法一体化数值模拟。 展开更多
关键词 平衡抽样方法 高空羽流流场 dsmc方法 一体化数值模拟 姿控发动机 航天器
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解耦N-S/DSMC方法计算推力器真空羽流的边界条件研究 被引量:7
7
作者 唐振宇 贺碧蛟 蔡国飙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期897-904,共8页
准确模拟羽流流场是合理评估空间推力器真空羽流效应的基础。因羽流流场同时包含连续和稀薄两种流动机理,通常采用解耦方式的Navier-Stokes(N-S)方程和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)混合方法对其进行模拟。为保证解耦N-S/DSMC方法应用于羽流... 准确模拟羽流流场是合理评估空间推力器真空羽流效应的基础。因羽流流场同时包含连续和稀薄两种流动机理,通常采用解耦方式的Navier-Stokes(N-S)方程和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)混合方法对其进行模拟。为保证解耦N-S/DSMC方法应用于羽流计算时的准确性并尽量提高其计算效率,对计算中的DSMC入口和喷管壁面等边界条件设置问题开展了研究。通过与文献中低总压工况的羽流试验数据比较,确定了合理设置DSMC入口边界位置、壁面反射类型、壁温等边界条件的方法。针对将此方法应用于实际推力器工况计算时效率过低的问题,通过多种数值试验,表明从喷管出口处开始沿KnGL为0.05的等值线作为DSMC入口界面可同时保证仿真精度和较高的计算效率;并证明实际工况下壁温设置对羽流场仿真结果影响不大。 展开更多
关键词 解耦N-S/dsmc方法 推力器真空羽流 边界条件 dsmc方法
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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 被引量:10
8
作者 黄琳 聂万胜 陈伟芳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第1期104-108,共5页
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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球锥钝头体再入稀薄气体电离过程三维DSMC模拟与验证 被引量:6
9
作者 方明 李志辉 +1 位作者 李中华 田颖 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期39-45,共7页
采用增大电子质量三个数量级并相应调整离子质量的方法,拓展化学反应的DSMC仿真方法处理稀薄气体电离过程;采用单温度模型处理全部化学反应,修正涉及电子的反应速率常数以保证真实化学反应速率;以直角/非结构网格相结合,运用碰撞网格自... 采用增大电子质量三个数量级并相应调整离子质量的方法,拓展化学反应的DSMC仿真方法处理稀薄气体电离过程;采用单温度模型处理全部化学反应,修正涉及电子的反应速率常数以保证真实化学反应速率;以直角/非结构网格相结合,运用碰撞网格自适应技术,基于MPI并行环境,开发适用于真实复杂外形的三维稀薄气体电离DSMC计算程序。对RAM-C II外形的再入绕流稀薄气体电子密度进行模拟验证,所得结果与飞行试验测量值吻合较好;对Stardust外形的再入稀薄段电离特性数值仿真分析,电子密度等值线云图与参考文献结果一致。相较于稀薄气体不含电离反应的DSMC方法,本文发展的模型和程序不会导致计算量的显著增大,可直接应用于三维复杂外形体极高速再入条件下的稀薄气体电离计算,为工程设计提供技术支持和指导作用。计算结果表明,极高速再入条件下传统稀薄流区的电子数密度足以引起通信黑障,需在通信设计上给予高度关注。 展开更多
关键词 航天器再入 稀薄气体 化学反应 电离效应 dsmc方法
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DSMC方法在大规模气固两相撞击流中的应用 被引量:10
10
作者 杜敏 郝英立 刘向东 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1950-1958,共9页
将直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法应用于颗粒数目庞大的大规模气固两相撞击流的数值模拟研究,旨在解决基于拉格朗日法模型难以模拟含大量颗粒碰撞的多相流问题,建立了气固两相撞击流的数理模型。应用所建立模型计算分析了撞击流中的气... 将直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法应用于颗粒数目庞大的大规模气固两相撞击流的数值模拟研究,旨在解决基于拉格朗日法模型难以模拟含大量颗粒碰撞的多相流问题,建立了气固两相撞击流的数理模型。应用所建立模型计算分析了撞击流中的气相流动、颗粒运动、颗粒及颗粒碰撞位置分布;并对模型中考虑颗粒碰撞和不考虑颗粒碰撞时,计算获得的颗粒运动行为、停留时间以及对气相的影响等结果进行了对比分析。结果表明:经发展,DSMC方法能够有效地应用于大规模气固两相撞击流的数值研究;颗粒运动区域可分为颗粒碰撞区、颗粒射流区和颗粒发散区;颗粒碰撞主要发生在颗粒碰撞区内,使得颗粒在该区域富集,且明显缩短颗粒在撞击区的停留时间;在所研究的较小固气比条件下,颗粒的存在对气相流动的影响不显著。 展开更多
关键词 dsmc方法 撞击流 气固两相流 颗粒碰撞
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超声速平板绕流DSMC/EPSM混合算法研究 被引量:3
11
作者 陈伟芳 吴明巧 +1 位作者 赵玉新 任兵 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第4期441-445,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 dsmc EPSM 混合算法 超声速流动 绕流
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考虑时间相关性的DSMC方法统计误差分析(英文) 被引量:3
12
作者 李锦 耿湘人 +1 位作者 陈坚强 江定武 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2016年第12期1403-1409,共7页
过去的半个世纪,DSMC方法已经成为求解稀薄气体流动最有力的数值工具.它的精度问题得到了许多研究者的关注.DSMC方法的误差可以分为两类,一类是统计误差,另一类是数值误差.在DSMC方法中,宏观流动性质是通过对微观分布信息的抽样平均而... 过去的半个世纪,DSMC方法已经成为求解稀薄气体流动最有力的数值工具.它的精度问题得到了许多研究者的关注.DSMC方法的误差可以分为两类,一类是统计误差,另一类是数值误差.在DSMC方法中,宏观流动性质是通过对微观分布信息的抽样平均而得到的,因此模拟结果本质上是符合概率统计的,需要对由于有限的抽样步数而导致的统计误差进行仔细地量化考察.统计误差在DSMC方法中占有重要的地位,但是直到今天仍没有被完全研究清楚.尽管前人做了一些研究,但是通常都假设抽样结果是相互独立的,对于获得精确结果所需的最小抽样步数,还没有清晰统一的认识.时间相关性会增加统计误差理论分析的难度,因此在已有的工作中很少被考虑到.使用统计学中的自相关函数以及修正的中心极限定理,可以量化抽样结果中的时间相关性.在考虑抽样结果时间相关性的基础上,研究了DSMC方法中的统计误差,考核算例为一维的Couette流动问题.量化的结果显示,时间相关性对统计误差的影响很大.时间相关性可增大随机变量抽样序列的方差. 展开更多
关键词 dsmc方法 统计误差 时间相关 COUETTE流动
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基于DSMC-CFD方法的气固两相流冲蚀预测研究 被引量:9
13
作者 孙晓阳 曹学文 +1 位作者 谢振强 付晨阳 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期274-280,共7页
目的研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法进行模拟,用少... 目的研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法进行模拟,用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞,碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定,碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型,采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型,计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型,并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区,随着颗粒质量流量的增大,颗粒碰撞次数增加,且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大,颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移,且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%,总冲蚀率则两者区别不大。结论引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞,可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞,DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际,使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。 展开更多
关键词 气固两相流 冲蚀 颗粒碰撞 弯管 dsmc方法 CFD
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姿控发动机高空羽流流场DSMC仿真及算法研究 被引量:5
14
作者 黄琳 任兵 吴其芬 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 1998年第3期14-17,共4页
本文分析了高空羽流流场的特性,论述了DSMC方法的原理以及涉及到的关键技术,应用DSMC方法数值求解了喷管出口附近及倒流区流场。仿真结果表明DSMC方法能够精确描述这一区域的流场特性。
关键词 姿控发动机 高空羽流 dsmc仿真 飞行器 算法
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高超声速稀薄流的气粒多相流动DSMC算法建模研究 被引量:3
15
作者 李洁 石于中 +1 位作者 徐振富 王小虎 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期95-100,共6页
基于直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法,构造适用于DSMC算法的固态和液态颗粒碰撞、聚合和分离模型,发展稀薄条件下双向耦合作用的气粒多相流的DSMC算法,在此基础上初步实现高超声速稀薄流环境中的气粒多相喷流流场数值模拟。算例结果表明... 基于直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法,构造适用于DSMC算法的固态和液态颗粒碰撞、聚合和分离模型,发展稀薄条件下双向耦合作用的气粒多相流的DSMC算法,在此基础上初步实现高超声速稀薄流环境中的气粒多相喷流流场数值模拟。算例结果表明该方法能为稀薄过渡区气粒多相流动提供一种新的应用研究手段。 展开更多
关键词 稀薄气体动力学 高超声速 多相流 dsmc方法
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超声速平头圆柱绕流DSMC/EPSM混合算法研究 被引量:3
16
作者 吴明巧 陈伟芳 任兵 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第2期206-210,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 超声速平头圆柱绕流 EPSM 混合算法 衡薄气体流动 dsmc
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含电离化学反应DSMC模拟的稀有组分权重因子方法 被引量:3
17
作者 方明 杜波强 +1 位作者 李中华 李丹杨 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期856-862,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 稀薄气体 化学反应 电离效应 dsmc方法 权重因子
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DSMC方法中的统计噪声分析 被引量:2
18
作者 李志辉 方明 唐少强 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期1-8,共8页
通过对基于颗粒输运随机统计模拟的DSMC方法模拟准则的分析研究,定义了该方法中统计量的噪声、相对统计涨落及置信度。引入概率论中的切比雪夫不等式,利用正态分布平衡流统计理论,推导出DSMC方法模拟流场宏观速度和温度的统计噪声理论公... 通过对基于颗粒输运随机统计模拟的DSMC方法模拟准则的分析研究,定义了该方法中统计量的噪声、相对统计涨落及置信度。引入概率论中的切比雪夫不等式,利用正态分布平衡流统计理论,推导出DSMC方法模拟流场宏观速度和温度的统计噪声理论公式,并以过渡流区平面Couette剪切流和激波结构内流动为算例进行数值模拟验证与理论分析。结果表明,在一定的置信度下,选择适当的模拟参考值,DSMC统计量的噪声除与样本容量(模拟分子数及统计抽样次数)的平方根成反比例外,速度的相对统计涨落还与流场马赫数成反比,而温度的相对统计涨落与流场宏观参数无关。这为控制DSMC模拟结果的相对统计涨落提供了理论指导和计算依据。 展开更多
关键词 dsmc方法 统计噪声 相对统计涨落 COUETTE流动 激波结构
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复杂外形气动特性的DSMC模拟与桥函数估算 被引量:4
19
作者 吴雄 陈伟芳 石于中 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2003年第3期51-56,共6页
通过桥函数估算气动力以及蒙特卡罗方法数值模拟流场 ,对复杂外形再入体过渡区气动特性进行预测。给出了流场部分特征分布 ,考察了不同 Knudsen数、不同马赫数对表面压力系数和阻力系数的分布的影响。阻力系数数值模拟结果与桥函数估算... 通过桥函数估算气动力以及蒙特卡罗方法数值模拟流场 ,对复杂外形再入体过渡区气动特性进行预测。给出了流场部分特征分布 ,考察了不同 Knudsen数、不同马赫数对表面压力系数和阻力系数的分布的影响。阻力系数数值模拟结果与桥函数估算结果的比较表明 。 展开更多
关键词 航天器空气动力学 蒙特卡罗方法 桥函数
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二维凹槽过渡流的DSMC方法模拟 被引量:1
20
作者 吴雄 陈伟芳 石于中 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期20-24,共5页
采用DSMC (DirectSimulationMonte -Carlo)方法模拟二维凹槽过渡流动 ,给出了在不同Knudsen数、不同展弦比、不同壁温条件下凹槽流的速度和温度分布 ,并对DSMC方法在模拟全速度域流场时存在的局限性进行了讨论。
关键词 模拟 dsmc方法 凹槽 过渡流 计算流体力学 旋涡结构
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