火星大氣稀薄流DSMC數(shù)值模擬技術(shù)研究.pdf

1、本文以火星探測(cè)為研究背景，針對(duì)飛行器高超聲速再入火星稀薄大氣過程中的流動(dòng)問題，采用直接模擬蒙特卡羅方法(the Direct Simulation Monte-Carlo method,DSMC)開展研究，考慮熱化學(xué)非平衡效應(yīng)，發(fā)展了一套可求解火星大氣稀薄流動(dòng)的DSMC數(shù)值模擬程序。
　　首先分析了火星環(huán)境特征和探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，基于火星大氣高稀薄程度的特點(diǎn)，確定了采用DSMC方法模擬火星大氣高超聲速流動(dòng)的技術(shù)途徑。
　　其次，

2、梳理了DSMC方法模擬稀薄氣體流動(dòng)所涉及的分子氣體動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，闡述了DSMC方法的算法實(shí)現(xiàn)過程，結(jié)合基本算例對(duì)本文程序予以驗(yàn)證。根據(jù)研究工作中的經(jīng)驗(yàn)，提出網(wǎng)格劃分、模擬分子數(shù)設(shè)定、計(jì)算量預(yù)估等方面的一些建議。
　　然后，研究了火星大氣化學(xué)反應(yīng)DSMC方法的實(shí)現(xiàn)，分析了2CO分子振動(dòng)模態(tài)，給出多原子分子振動(dòng)能松弛在DSMC中的實(shí)現(xiàn)方法，建立火星大氣化學(xué)反應(yīng)模型并將其嵌入DSMC方法中，發(fā)展了一套可用于火星大氣稀薄流化

3、學(xué)反應(yīng)效應(yīng)計(jì)算與分析的求解程序，采用不同組元反應(yīng)算例對(duì)程序予以驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上研究了火星大氣熱化學(xué)非平衡效應(yīng)。
　　最后，基于本文發(fā)展的火星大氣稀薄流DSMC計(jì)算程序，研究了氣體稀薄程度對(duì)流場(chǎng)特性的影響，總結(jié)了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)隨努森數(shù)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了一種稀薄流流場(chǎng)預(yù)估的經(jīng)驗(yàn)方法，并運(yùn)用該方法成功預(yù)估了高超聲速圓柱繞流激波位置。
　　本文發(fā)展的計(jì)算技術(shù)可對(duì)高超聲速稀薄流場(chǎng)特性與氣動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬與分析，可用于地球、火星大