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低地球轨道下固体表面原子氧分布特性的研究

作　者: 叶校圳
导　师: 刘文铁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 直接模拟蒙特卡罗方法稀薄气体原子氧超音速数值模拟
分类号: O354.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

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。本文对分子二元弹性碰撞理论进行了详细的描述,在此基础上通过与负幂率分子结果相匹配,构造了分子硬球模型(HS)、可变硬球模型(VHS)、可变软球模型(VSS),并且推导了与VHS模型相适应的Larsen-Borgnakke非弹性碰撞能量交换模型及与VSS模型相适应的统计非弹性碰撞截面模型。本文采用结构化的矩形网格,来对模拟分子的运动进行定位和对碰撞对进行抽样统计。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。在上面知识论述的基础上,本文构造了无非平衡化学反应的原子氧气体流动的DSMC模拟过程流程图,并且对其中的重要过程进行了详细的阐述。最后,采用本文发展的程序,对绕圆柱、矩形、箭型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。并为航天器飞行提供数值依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 流动分区  11-12
  1.4 DSMC方法的研究现状  12-15
  1.5 本文的主要研究内容  15-16
第2章 DSMC方法的基本原理  16-28
  2.1 二元弹性碰撞  17-19
  2.2 分子模型  19-22
  2.3 分子与物面的反射模型  22-25
  2.4 分子碰撞对的抽样技术  25-27
    2.4.1 TC法  25-26
    2.4.2 NTC法  26
    2.4.3 RSF法  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 DSMC方法程序流程说明  28-37
  3.1 稀薄气体流动的DSMC方法模拟方案  28-33
    3.1.1 程序初始化  28
    3.1.2 模拟分子的运动  28
    3.1.3 边界和壁面的处理  28-29
    3.1.4 对分子进行重新编号  29
    3.1.5 分子的碰撞计算  29-30
    3.1.6 松弛判断  30-31
    3.1.7 输出结果的统计方法  31-33
  3.2 网格的生成  33-34
    3.2.1 DSMC方法的网格  33
    3.2.2 DSMC方法的亚网格  33-34
  3.3 本章小结  34-37
第4章二维绕流计算分析  37-52
  4.1 数值模拟方法  37-38
    4.1.1 网格划分与初始计算域的给定  37
    4.1.2 模拟分子的运动和碰撞  37-38
    4.1.3 边界的处理  38
  4.2 计算模型及参数  38
  4.3 不同壁面反射模型分析  38-39
  4.4 不同表面形状计算结果  39-43
  4.5 不同Knudsen数计算分析  43-46
  4.6 不同速度计算分析  46-51
  4.7 小结  51-52
第5章三维绕流计算分析  52-59
  5.1 计算模型及参数  52
  5.2 计算结果  52-58
  5.3 小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

低地球轨道下固体表面原子氧分布特性的研究

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