微噴管與微懸梁流動及傳熱的DSMC模擬.pdf

1、自微型航天器于上個世紀末在NASA誕生至今，國內(nèi)外對其研究的熱度未減。在其執(zhí)行軌道定位、校正以及姿態(tài)調(diào)整等任務(wù)時，微推進系統(tǒng)往往起到?jīng)Q定性作用。同時，作為微推進系統(tǒng)關(guān)鍵部件的微噴管，又主導(dǎo)了整個推進系統(tǒng)的性能?？梢姡姽茉O(shè)計的成功與否將顯著影響到微推進系統(tǒng)的工作性能，從而影響到整個微航天器系統(tǒng)。因而，對微噴管的深入研究對優(yōu)化微航天器系統(tǒng)將是十分必要的。
　　由于微噴管特征尺寸與氣體分子自由程在同一個量級，所以一系列稀薄效應(yīng)必須加

2、以考慮。稀薄氣體的流動與傳熱至今仍是一個較為復(fù)雜的問題，而其中問題的核心則在于過渡區(qū)域內(nèi)流動的準確數(shù)值模擬。直接從Boltzmann方程出發(fā)試圖進行解析求解顯然是不實際的，方程右端的碰撞積分使得對該類問題數(shù)值模擬要另辟蹊徑。
　　本文在總結(jié)和比較了大部分針對具有稀薄效應(yīng)的氣體流動傳熱常見仿真方法后，在算法上選擇了直接模擬Monte-Carlo（DSMC）方法，采用C＃.NET與Fortran混合編程技術(shù)，編寫了基于OpenMP的共

3、享內(nèi)存并行三維數(shù)值模擬程序（Hit-Micro）。工質(zhì)選為Ar，氣體分子在程序中采用可變硬球模型（VHS），與壁面的作用采用了完全漫反射和Maxwell反射模型，進出口采用了Garcia進口邊界條件。通過對不同工況下的微噴管內(nèi)流動過程仿真，研究了微尺度噴管的流動與傳熱特性。其中，重點討論了出口背壓、進口溫度和壓力、噴管尺寸以及壁面條件對流動的影響。
　　此外，利用HIT-Micro對數(shù)種微觀流動進行了數(shù)值仿真，并對微懸梁結(jié)構(gòu)進行了