气体化学反应速率的 DSMC 方法

为预报化学反应过程,应用ＤＳＭＣ方法研究了双原子分子的离解反应,讨论了高温情况下（Ｔ～Ｅａ／ｋ）采用由实验测定得到的反应速率与气体温度间Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ经验关系式的可靠性问题,分析了振动热非平衡效应对于离解反应速率的影响,给出了由ＤＳＭＣ方法得到的离解反应速率与气体温度的关系曲线。     

化学非平衡尾迹流场的数值计算

高超音速化学非平衡尾迹流场的分析及计算是再入空气动力学的一个重要课题。本文采用轴线极限方程,成功地消除了控制方程在轴线上的奇性;采用二阶精度的中心差隐格式,求解了抛物化的Ｎ－Ｓ方程,得到了２０ｋｍ及６０ｋｍ再入时尾迹流场的数值解。计算结果表明,在远尾迹场,对电子数密度的主要影响是Ｏ_２的吸附反应。     

Φ120高超声速风洞流场校测

介绍了浙江大学Φ120高超声速风洞的设计性能参数、流场校测结果以及标模测力结果。Φ120高超声速风洞采用“前吹后吸”的暂冲式直连式布局,喷管出口直径为120 mm,设计运行马赫数为5.0、6.0和7.0,来流总压0.2～2.0 MPa,来流总温400～700 K,运行时间不小于10 s。流场校测结果显示5.0/6.0/7.0喷管的均匀区直径超过90 mm,均匀区平均马赫数分别为5.07、6.05和6.94,均方根偏差分别为0.018、0.015和0.023,均匀区轴向马赫数梯度分别为0.021、0.016和0.031,上述关键参数全部达到GJB1179A-2012合格指标,部分参数达到GJB1179A-2012先进指标。AGARD HB-2标模在Φ120高超声速风洞中的气动力测量结果与自研GRAND程序数值计算结果以及GJB4399-2002中的参考值吻合得较好。综上所述,Φ120高超声速风洞参数范围较宽,可用于高超声速空气动力学教学试验和高超声速复杂流动机理、流动控制降热减阻机制等前沿科学问题的研究。     

建立颗粒流方程的推广BGK模型方法

从描述颗粒流动的推广BGK模型方程出发建立颗粒流方程。其中推广BGK模型方程的处理采用了经典分子动力论中的Chapman Enskog方法。由于建立颗粒流方程的思路简单清晰 ,且方程中各量都有明确的物理意义 ,因此易于推广     

用动网格法计算理想平板的颤振导数

提出了一种数值模拟振动的理想平板绕流场 ,并提取其气动导数的方法。时间相关的不可压N S方程采用Projetion 2格式解耦 ,关于中间速度的动量方程的时间和空间离散采用二阶半隐格式 ,压力Possion方程迭代用多层网格法加速收敛。分别计算平板作竖向强迫振动或扭转强迫振动的气动力 ,用动网格法考虑平板和气流的耦合作用。由计算得到的气动力用最小二乘法确定 8个气动导数。计算结果和理想平板的Theodorsen理论值有较好的一致性     

低速圆管流动的粒子仿真

运用信息保存法对低速圆管的流动现象进行了模拟,并与实验结果进行了比较,粒子仿真结果与实验结果吻合较好,且优于NS方程的结果。研究表明,在对低速圆管的模拟过程中,运用IP法在获得较好的结果的同时,具有比DSMC方法更高的计算效率。IP算法是解决低速圆管流动问题的有效途径。     

气体分子碰撞传能及反应的DSMC 仿真

研究了气体分子的非弹性碰撞机理,给出了分子内自由度激发、反应的几率选择模式及分子内自由度能量交换模式。以钝体驻点线流场为仿真实例,比较了ＤＳＭＣ仿真结果与粘性激波层方程计算结果。二者在较低高度时的一致表明ＤＳＭＣ仿真中采用的模式是合理的。     

高效计算网格壁面距离的KD树方法

计算流体动力学的一些领域中经常要用到流场点到壁面的最小距离,为了提高壁面距离计算的精度和效率,将KD树应用于非结构网格的壁面距离计算,计算了若干三维外形的壁面距离,结果表明:基于KD树的网格壁面距离计算方法鲁棒性好,计算效率和结果精度高,适应复杂外形的能力强;算法的通用性好,可以拓展应用到多种网格类型。     

再入体过渡区气动特性预测

采用DSMC(DirectSimulationMonte Carlo)方法模拟球双锥复杂外形过渡区流动。给出了近连续区的温度与压强分布图,以及在不同Knudsen数、不同马赫数条件下球双锥表面压强系数和阻力系数的分布,并将阻力系数模拟结果与桥函数一体化估算结果进行了比较分析。     

二维非线性正交各向异性材料的瞬态热传导反问题数值方法

针对正交各向异性材料的二维非线性热传导反问题,采用顺序函数法进行表面热流辨识问题的研究。在求解反问题时,采用有限体积法、牛顿-拉夫逊法并引入未来时间步的概念。在每个时间步内,将待辨识热流视为非线性方程组的未知量,通过一个迭代过程进行求解。算例的研究表明,热流辨识结果与真实热流相近,从而证明了本方法在辨识二维非线性热传导反问题时是准确、稳定、有效的。