二维微槽道内的流动模拟

直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)通过计算机跟踪仿真分子的运动,求解稀薄气体流动规律.选用硬球模型模拟仿真分子间的碰撞,编写DSMC的计算程序,模拟处于滑流和过渡流动领域的二维微槽道内气体流动.结果表明,气体流动在边界附近出现速度滑移和温度跳跃.计算结果和理论值相吻合.     

稀薄气体高超声流动的非结构DSMC的并行化计算

 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球（VHS）分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo（DSMC）源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。     

计算机模拟薄气体流动的并行化方法研究

研究了DSMC方法的数据并行化技术，提出一种并行化方法，并对实际算例进行处理，测试结果表明该方法是正确而有效的。     

平头圆柱喷流干扰流场的DSMC／EPSM仿真

应用DSMC／EPSM混合算法，数值模拟过渡区有逆向喷流干扰的轴对称平头圆柱高超声速流场，分析了流场结构、分离形态及物面气动系数分布等特性。结果表明，随Knudsen数或喷流马赫数的不同，喷流干扰流场存在差异，过渡区中的稀薄气体效应得以体现，同时反映了DSMC／EPSM混合算法是研究稀薄／连续混合区域高超声速流动的有效方法。     

平头圆柱喷流干扰流场的DSMC/EPSM仿真

应用DSMC/EPSM混合算法,数值模拟过渡区有逆向喷流干扰的轴对称平头圆柱高超声速流场,分析了流场结构、分离形态及物面气动系数分布等特性。结果表明,随Knudsen数或喷流马赫数的不同,喷流干扰流场存在差异,过渡区中的稀薄气体效应得以体现,同时反映了DSMC/EPSM混合算法是研究稀薄/连续混合区域高超声速流动的有效方法。     

过渡区球头气动力特性的桥函数与DSMC仿真研究

采用DSMC(Direct Simulation Monte—Carlo)方法模拟三维球头过渡区流动。给出了球头绕流流场的温度与压力分布图，以及在不同Knudsen数、不同马赫数条件下球头表面压力系数分布曲线，并将阻力系数模拟结果与桥函数公式进行了比较分析。     

过渡区球头气动力特性的桥函数与DSMC仿真研究

采用DSMC(DirectSimulationMonte -Carlo)方法模拟三维球头过渡区流动。给出了球头绕流流场的温度与压力分布图 ,以及在不同Knudsen数、不同马赫数条件下球头表面压力系数分布曲线 ,并将阻力系数模拟结果与桥函数公式进行了比较分析。     

稀薄气体流动特点及研究现状分析

随着航空航天技术以及微电子机械系统(MEMS)的发展和广泛应用,稀薄气体流动的研究越来越被重视。稀薄气体流动中涉及到稀薄效应问题,在传统流体力学中可忽略的一些影响因素,比如表面力,面容比,梯度参数效应等变得重要起来。由于尺度效应、表面效应等因素的影响,稀薄气体流动表现出自己的特点：流动涉及的表面积与体积之比增强、梯度参数效应,表面效应,流体极性等。针对微电子机械系统,对稀薄气体流动的研究现状进行了综述,并对其特点进行了分析。     

应用于PECVD过渡流模拟的NS/DSMC双向耦合方法特性研究

将纳维-斯托克斯(NS)方程方法与直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法耦合以实现过渡流态计算.相对过去欠缺反馈机制的单向耦合方法,提出以NS,DSMC速度场相互修正边界值的方法实现双向耦合方法的反馈机制,这对于非稳态研究和数值修正十分重要.结果表明,双向耦合结果与全局DSMC结果有高相似性,相对单向耦合具有更高的效率、稳定性及精度,提高耦合强度可以提升稳定性与精度.双向耦合通过采用全局NS结果边界值获得更高的子域收敛性、稳定性及精度.提出超前演算方法可以增强DSMC域的时间耦合性,为非稳态计算奠定基础.     

稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现

在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo,DsMc）方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性．     

稀薄气体中高超速圆柱绕流仿真研究

高速尤其是高超音速飞行是航空航天发展的主流方向.目前,70 km以上高超音速飞行器的需求越来越大.当飞行高度达到或超过70 km时,稀薄效应明显,此时连续介质假设失效,传统的连续流体运动方程(NS方程)和相应的CFD方法已经失效.利用连续流体运动方程(NS方程)和直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC),对四个典型Kn(Kn分别为0.001、0.01、0.1和1)下的圆柱绕流进行了计算.分析比较发现,随着Kn的增大,流场中的激波间断结构变弱变粗,甚至消失,圆柱后方的分离区也逐渐变小直到消失.     

Kinetic study of the Rayleigh-Bénard flows

The present paper employs the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method to study the Rayleigh-Bénard flows, where the temperature ratio of the upper to lower plate is fixed to 0.1. For a Knudsen number (Kn) of 0.01, as the Rayleigh number (Ra) increases, the flow changes from the thermal conductive state to the convective state at about Ra=1700, and the calculated relation of heat flux through the lower plate versus Ra is in good agreement with classical experimental and theoretical results. For Kn=0.05, ...     

Rayleigh-Benard对流问题的近似解及构造

为揭示Rayleigh—Benard对流模型的特征,运用奇异摄动理论的小参数渐近展开法,研究了在给定的初值条件,初始层消失时,Rayleigh—Benard对流的Boussinesq近似系统解的无穷大Prandtl数渐近极限问题．给出了该问题的近似解和误差方程组．     

基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究

基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在不同流态下对抽气性能的影响程度,并计算不同流态下涡轮叶列返流的变化.计算得出增大叶片速度在分子流态下对涡轮分子泵性能的提升最为明显,缩小气体入口面积可以提升涡轮分子泵压缩比等结论.从而为提升涡轮分子泵抽气性能提供了手段,拓展了涡轮分子泵的工作范围.