高超聲速流場微觀瞬態(tài)算法研究.pdf

1、本文通過分析高超聲速流動的特點并結(jié)合現(xiàn)有高超聲速研究的方法提出以直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法作為廣泛適用于高超聲速的算法，并進行研究。本文對DSMC方法的基本思想和數(shù)值模型方面進行了簡單介紹。另外，對其在高超聲速微觀瞬態(tài)的情況下的可行性和有效性進行了定性分析，并通過理論證實該方法是對高超特點進行模擬的有效手段?？紤]到DSMC方法在高密度和大范圍的模擬情況下有較大的計算量，本文提出了利用高性能計算(HPC)作為提升DSMC適用范圍的手

2、段。然后對該問題進行分析并提出四種并行策略，并選擇了現(xiàn)階段合適的策略進行數(shù)值實驗，驗證了現(xiàn)有并行策略在計算效率上確實有不少的提升。針對現(xiàn)有DSMC方法在處理復雜外形上的劣勢，本文提出使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)合粒子追蹤的方法進行模擬，并通過程序?qū)崿F(xiàn)了本思想。本文現(xiàn)階段采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，但求解時按非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格思想處理。網(wǎng)格研究是今后該程序向通用性方向發(fā)展的必要內(nèi)容。本文也對DSMC方法的數(shù)值有效性進行了分析，從模擬粒子權(quán)重參數(shù)，時間步長，穩(wěn)態(tài)判別

3、等方面進行對比，提出了適當?shù)挠行袆e準則。另外，本文針對DSMC在處理密度變化大的流場時所遇到的部分網(wǎng)格計算粒子數(shù)過大情況，提出兩種解決方案：計算粒子復制刪除，變時間步長，通過比較認為兩種方法各有優(yōu)劣。今后將結(jié)合這兩種方法特點進行研究。本文雖然對DSMC方法作為高超聲速流場算法進行了多項研究，但是考慮到本此研究是DSMC方法向適用范圍更廣方向發(fā)展的起步階段，尚有許多不足之處需要改進。同時，作為DSMC方法在處理復雜流動情況下物理模型的改