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临近空间飞行器再入DSMC方法表面催化反应模型
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作者 胡佳志 蒋新宇 +1 位作者 李凡 李志辉 《化工进展》 北大核心 2025年第8期4478-4487,共10页
随着国家载人航天的不断发展,临近空间飞行器对极高速度和长航时的需求日益增长,如何准确模拟航天器再入过程中热化学非平衡气动加热对热防护系统的影响,一直是航天再入空气动力学前沿难题。本文根据宏观表面催化反应理论,在直接模拟蒙... 随着国家载人航天的不断发展,临近空间飞行器对极高速度和长航时的需求日益增长,如何准确模拟航天器再入过程中热化学非平衡气动加热对热防护系统的影响,一直是航天再入空气动力学前沿难题。本文根据宏观表面催化反应理论,在直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法架构的基础上构建有限速率表面催化反应模型。考虑五组元混合气体气相反应、表面催化反应的耦合作用,通过典型算例分析表面催化反应对飞行器再入大气层飞行器表面的影响,其表面热流相比未考虑表面催化反应的结果提高近30%。表面催化反应模型的加入为热化学非平衡表面效应难表征问题提供了新的手段,进一步提升了飞行器再入环境下高超声速气动加热预测能力,支撑飞行器热防护设计向高热载荷、轻量化方向发展。 展开更多
关键词 表面催化反应 直接模拟蒙特卡罗方法 耦合计算 稀薄气体动力学 飞行器再入
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三维非结构网格DSMC方法的实现及其应用 被引量:3
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作者 王学德 伍贻兆 夏健 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期231-235,共5页
研究了三维非结构网格DSMC方法实现的过程。将Bird位置元方案中的子网格思想引入到非结构网格上来,只存储子网格的总体标识号,利用较少的计算网格提高了分子的分辨率与计算精度。提出了将体积元坐标搜索算法与交替数字二叉树搜索算法(A... 研究了三维非结构网格DSMC方法实现的过程。将Bird位置元方案中的子网格思想引入到非结构网格上来,只存储子网格的总体标识号,利用较少的计算网格提高了分子的分辨率与计算精度。提出了将体积元坐标搜索算法与交替数字二叉树搜索算法(ADT)相结合的方法来跟踪模拟分子在网格之间的迁移,使用ADT方法判别分子与物面是否作用,避免了分子表面反射的非确定论判据。利用Fortran 90的动态分配内存技术编制了通用计算程序。最后对高超声速过渡流域航天飞机头部外形绕流进行了数值模拟,数值结果初步验证了算法的可行性。 展开更多
关键词 非结构网格 直接物理模拟 dsmc MONTE CARLO方法
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两种用于NS-DSMC耦合方法的连续失效参数对比 被引量:3
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作者 唐振宇 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期389-393,共5页
NS-DSMC(Navier Stokes-Direct Simulation Monte Carlo)耦合方法是计算连续-稀薄跨流域流动的主要方法,应用过程中如何确定连续流域和稀薄流域的界面是此方法的关键问题之一,界面位置通常通过连续失效参数来判定.为合理选择连续失效参... NS-DSMC(Navier Stokes-Direct Simulation Monte Carlo)耦合方法是计算连续-稀薄跨流域流动的主要方法,应用过程中如何确定连续流域和稀薄流域的界面是此方法的关键问题之一,界面位置通常通过连续失效参数来判定.为合理选择连续失效参数,对目前广泛使用的两种连续失效参数KnQ和B参数进行了理论上的分析和比较,表明虽然他们建立的出发点不同,但在数学形式上具有一定相似性.通过圆柱绕流问题的数值试验进一步验证了两种连续失效参数具有一定对应关系.KnQ和B两种连续失效参数在NS-DSMC耦合方法中应用效果相差不大,但KnQ的阈值0.05适用范围较广,而B参数的阈值对不同流动问题会有变化. 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡罗 NS—dsmc耦合方法 连续失效参数 Chapman-Enskog 速度分布函数
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基于VHS分子模型的DSMC方法研究分子蒸馏气相微观特性 被引量:1
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作者 许松林 李阳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期1023-1029,共7页
为了研究分子蒸馏器内气体的微观特性,基于变径硬球分子模型,采用了直接模拟蒙特卡洛方法,考虑了分子转动能和平动能,建立了描述分子蒸馏气相传递过程的一维和二维模型,计算了不同蒸发温度下的蒸发效率,并将模拟计算值与实验数据对比,... 为了研究分子蒸馏器内气体的微观特性,基于变径硬球分子模型,采用了直接模拟蒙特卡洛方法,考虑了分子转动能和平动能,建立了描述分子蒸馏气相传递过程的一维和二维模型,计算了不同蒸发温度下的蒸发效率,并将模拟计算值与实验数据对比,验证了模型的合理性.通过模拟分子的运动和碰撞过程,分析了蒸发温度、冷凝温度和蒸发面与冷凝面的间距等参数对气相空间的碰撞频率和分子平均自由程分布的影响.结果表明:碰撞频率和平均自由程分布的变化始终呈相反趋势;在蒸发面附近,碰撞频率和分子平均自由程分别处于各自最大值和最小值;从蒸发面到冷凝面的气相空间,碰撞频率逐渐减小,分子平均自由程逐渐增大;靠近冷凝面时,碰撞频率和分子平均自由程分别达到各自最小值和最大值;随着蒸发温度或冷凝温度的升高,气相空间同一位置处的碰撞频率增大而平均自由程减小;随着蒸发面与冷凝面的间距增加,碰撞频率在同一位置处有所增大,但在冷凝面附近更小;间距增加,同一位置处的分子平均自由程减小,但是冷凝面附近,间距越大时平均自由程也越大. 展开更多
关键词 分子蒸馏 直接模拟蒙特卡洛方法 变径硬球 碰撞频率 平均自由程
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基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究 被引量:2
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作者 李博 马兆俊 +1 位作者 王晓冬 巴德纯 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1623-1627,1632,共6页
基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在... 基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在不同流态下对抽气性能的影响程度,并计算不同流态下涡轮叶列返流的变化.计算得出增大叶片速度在分子流态下对涡轮分子泵性能的提升最为明显,缩小气体入口面积可以提升涡轮分子泵压缩比等结论.从而为提升涡轮分子泵抽气性能提供了手段,拓展了涡轮分子泵的工作范围. 展开更多
关键词 涡轮分子泵 dsmc方法 跨流态 抽气效率 压缩比
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基于DSMC方法的超低轨道卫星阻力特性分析
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作者 杭晓晨 李彦斌 +2 位作者 孔祥宏 陈强 费庆国 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期552-558,共7页
为向工程中卫星结构设计提供载荷依据,基于直接模拟蒙特卡洛仿真方法,采用Maxwell漫反射和镜面反射联合模型,对一典型超低轨道卫星的阻力特性进行研究.分析了结构网格密度、卫星头锥、星体长细比等参数对阻力特性的影响,并通过算例与文... 为向工程中卫星结构设计提供载荷依据,基于直接模拟蒙特卡洛仿真方法,采用Maxwell漫反射和镜面反射联合模型,对一典型超低轨道卫星的阻力特性进行研究.分析了结构网格密度、卫星头锥、星体长细比等参数对阻力特性的影响,并通过算例与文献结果对比以验证方法的准确性.结果表明,卫星阻力主要由迎风面投影面的压差阻力和卫星侧面的切向摩擦阻力组成.针对268 km典型超低轨道卫星模型,相同迎风面投影面积下,较尖的头锥结构能略微降低平飞阻力.卫星星体的长细比每增加1,阻力提升约5%~8%.全动尾翼通过改变攻角可以获得升力,升阻比为0.10~0.34. 展开更多
关键词 卫星 超低轨道 直接模拟蒙特卡洛方法 阻力特性
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大型航天器再入解体气动力热特性模拟的直接模拟蒙特卡洛方法研究 被引量:1
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作者 梁杰 李志辉 +1 位作者 李绪国 杜波强 《载人航天》 CSCD 北大核心 2020年第5期537-542,549,共7页
为模拟大型航天器离轨再入近连续过渡流区高超声速气动力/热绕流特征,构建了基于直接模拟蒙特卡洛法碰撞限制器技术的混合方法,发展了基于密度梯度的动态自适应混合网格处理技术与变时间步长计算方案。利用当地流动梯度的克努森数作为... 为模拟大型航天器离轨再入近连续过渡流区高超声速气动力/热绕流特征,构建了基于直接模拟蒙特卡洛法碰撞限制器技术的混合方法,发展了基于密度梯度的动态自适应混合网格处理技术与变时间步长计算方案。利用当地流动梯度的克努森数作为判断连续流失效的参数,将流场划分为不同区域,在连续流区采用碰撞限制器以及大网格尺度和大时间步长,在流场的大梯度区域——包括激波和壁面边界层区域——采用基于当地密度梯度的动态自适应碰撞网格和取样网格处理技术。为保证整个流场范围每个碰撞网格内的模拟粒子数分布更加均匀,采用变时间步长计算方案,并固定当地时间步长与粒子权重的比值,避免了因分子穿越网格界面产生的复制或消失。通过计算类天宫飞行器低密度风洞试验状态的气动力系数,并与试验数据对比,验证了上述算法的高精度模拟能力与可靠性。同时模拟分析了带太阳电池帆板的类天宫飞行器再入85 km高超声速复杂气动力热,及头部对接台与板舱非规则物形绕流所致激波/边界层干扰、流动分离与强气动力热致太阳电池帆板毁坏发生首次解体机制。 展开更多
关键词 大型航天器 再入解体 气动力热特性 直接模拟蒙特卡洛方法 碰撞限制器技术 激波/边界层干扰
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高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型
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作者 刘坤 郝明 +3 位作者 李强 张小军 陈树雷 巴德纯 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1459-1465,共7页
微型化和一体化是干式真空泵发展的重要趋势,高真空干泵是具有代表性的一种新型干泵。本文对高真空干泵的重要部件之一的单螺旋转子进行了数值研究,通过对几何模型重要参数的分析,结合了直接模拟蒙特卡罗的程序思想,对单螺旋转子工作过... 微型化和一体化是干式真空泵发展的重要趋势,高真空干泵是具有代表性的一种新型干泵。本文对高真空干泵的重要部件之一的单螺旋转子进行了数值研究,通过对几何模型重要参数的分析,结合了直接模拟蒙特卡罗的程序思想,对单螺旋转子工作过程进行仿真。模拟得到了单螺旋转子几何参数对抽气效率的影响机制,得到影响高真空干泵性能的参数调节机制,为高真空干泵的设计提供了理论依据和指导。 展开更多
关键词 高真空干泵 单螺旋转子 抽气性能 数值模型 直接模拟蒙特卡罗方法
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稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现
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作者 傅游 花嵘 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2009年第5期75-80,共6页
在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理... 在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性。 展开更多
关键词 稀薄气体 直接仿真蒙特卡洛方法 并行化 交互式
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背景压强对电推进羽流场影响的数值模拟 被引量:1
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作者 翁惠焱 蔡国飙 +3 位作者 郑鸿儒 刘立辉 张百一 贺碧蛟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1854-1862,共9页
真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗... 真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理羽流场中等离子体运动和粒子间碰撞,分别采用虚拟粒子和计算粒子建立压强的方式,对电推进羽流场进行了数值模拟,并与绝对真空环境进行对比分析。结果表明:背景压强的存在导致中性粒子和电荷交换离子数密度较绝对真空环境高1个量级以上。虚拟粒子可大幅提高计算效率,获得的流场中电荷交换离子分布与计算粒子结果相近,但中性粒子分布相差较大,虚拟粒子无法表征壁面及真空泵的影响。 展开更多
关键词 电推进 羽流 背景压力 粒子网络-直接模拟蒙特卡罗(PIC-dsmc)方法 数值模拟
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微推进器射流流场数值模拟研究 被引量:1
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作者 杨海威 李桐 《现代防御技术》 北大核心 2013年第6期158-162,183,共6页
微型推进器的工质流动过程中,由于尺度的微型化引起的低雷诺数和大面体比下粘性损失带来的影响比常规尺度更为明显。利用DSMC方法对侧壁有射流的微喷管流场进行了数值模拟研究。通过对不同射流气体及不同射流位置的流场模拟表明:相对于... 微型推进器的工质流动过程中,由于尺度的微型化引起的低雷诺数和大面体比下粘性损失带来的影响比常规尺度更为明显。利用DSMC方法对侧壁有射流的微喷管流场进行了数值模拟研究。通过对不同射流气体及不同射流位置的流场模拟表明:相对于无射流条件,有射流条件下微喷管的推力、比冲和推力系数等性能参数都得到了较大提高。射流口的位置需根据具体喷管尺寸合理设置,以避免扩张段主流体产生斜激波影响推进器性能。 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡罗法 稀薄气体效应 微推进器 数值模拟
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