摘要：为提高直接模拟蒙特卡罗(dsmc)仿真模拟的并行计算效率,基于消息传递接口(MPI)的并行环境,通过对比分析主从模式及对等模式两种程序设计模式下的并行效率,探讨了对等模式下非结构网格dsmc并行程序实现的关键技术及实施途径。提出了一种非结构网格下动态负载平衡dsmc仿真模拟的并行策略,设计了基于对等模式动态负载平衡的dsmc并行算法。最后以钝锥外形的高超声速绕流问题进行仿真模拟,验证本文并行算法的有效性,结果表明,本文设计的基于对等模式动态负载平衡的dsmc并行算法能够以高效的并行效率给出合理的结果。

摘要：研究了一类二维非结构网格dsmc方法的实现策略。在数据结构方面,设计了局部化的数据组织方式,节约了内存与计算时间。发展了一种跟踪模拟分子迁移的算法,该算法仅需少量的逻辑运算与代数运算,不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移,而且可以准确判别分子与物面是否相互作用,搜索过程中的附带信息给出了分子与物面碰撞的精确时间与位置,避免了重新计算。引入碰撞距离的思想,既减少存储又保证正确的模拟结果。在程序编制过程中,我们充分展现了Fortran90高级语言的主要特性,引人动态数组、指针、链表以及派生类型数据,编制了计算程序。最后对过渡流域高超声绕流进行了数值试验。

摘要：研究了二维热化学非平衡流动非结构网格dsmc方法实现的过程。提出了一种新型的高效搜索算法,该算法不仅可以跟踪模拟分子在网格之间的迁移,而且在搜索过程中可以准确判别分子与物面是否相互作用,避免了原有算法中分子表面反射非确定论判据。为加快流场的时间发展历程,设计了适合dsmc方法的动态局部时间步长技术,使其可以应用到定常和非定常流场的计算。利用Fortran90的动态分配内存技术编制了计算程序。最后对过渡流域高超声速圆柱绕流进行了数值试验,计算结果初步验证了该算法的可行性。

摘要：研究了过渡流域三维热化学非平衡流动dsmc方法实现的过程。以四面体非结构网格为基本单元，提出一种新型的高效搜索算法，该算法不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移，而且可以准确判别分子与物面是否相互作用，避免了原有算法中分子表面反射的非确定论判据。设计了适合三维dsmc方法的动态局部时间步长技术，节约了计算时间。将碰撞距离的思想引人到非结构网格上来，有效地消除了网格尺度小于三分之一平均自由程的限制。利用Fortran90的动态分配内存技术编制了适用于任意外形的通用计算程序。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了数值试验，计算结果验证了该算法的可行性及高效性。

摘要：依据硬盘驱动系统中读写头与盘面的构造,结合现有的楔型和阶跃型气体滑动轴承的特点,提出了一种气体滑动轴承结构,并采用直接模拟Monte Carlo(dsmc)法数值研究了滑动轴承的最小间距、移动速度和系统温度对轴承承载能力的影响.计算结果表明,所设计轴承的承载能力随移动速度的增大而增加,随最小间距的增加和系统温度的升高而减小;轴承的承载能力对轴承最小间距的变化更敏感.

摘要：微型固体姿控发动机在航天领域具有广泛的应用前景。以基于MEMS技术的微喷管为研究对象,首先通过计算微喷管中的克努森数,得到了微喷管中的气相流动状态;然后,采用CFD-dsmc方法,模拟了微喷管中的气粒两相流动,并研究了颗粒相质量分数和粒径对气相流动的影响。结果表明,在所研究的来流条件下,微喷管中的连续介质假设是成立的;气相与颗粒相间的动量和能量交换,导致气相马赫数降低、温度升高,同时也导致颗粒相速度增加、温度降低;颗粒相质量分数和粒径均能显著影响气相的马赫数和温度。

摘要：高超声速再入飞行器面临着严峻的气动热环境,准确预测微烧蚀过程对热防护系统的设计至关重要.由于烧蚀会改变气动外形,进而影响周围的气动热环境以及烧蚀过程本身,因此需要将烧蚀过程与流场变化进行耦合计算.文章采用基于直接模拟蒙特卡洛(dsmc)方法的开源程序SPARTA,对高超声速条件下的再入飞行器表面微烧蚀问题展开研究.为构建并测试通用的耦合算法,通过典型的一维烧蚀模型改进了SPARTA的动能烧蚀模型并采用烧蚀表面热平衡模型计算烧蚀速率,结合Marching Square算法的特点修改了网格节点的计算方法.针对柱体、球锥以及带有微小粗糙元的斜楔体等典型外形,文中计算了二维条件下不同气动外形的烧蚀过程并进行了详细分析.其中球锥截面烧蚀预测结果中沿驻点线的烧蚀面呈现出较快的衰退速率,并且与文献中驻点附近的结果吻合情况较好.斜楔体的烧蚀结果表明,微小粗糙元的附近存在着非常稀薄的流场区域,并且其与头部驻点区域会率先发生烧蚀,反映了再入飞行器表面的微烧蚀特征.烧蚀结果对高超声速下微烧蚀机理的研究以及热防护系统的设计具有参考意义.

摘要：基于PC-CLUSTER群机并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了二维非结构网格dsmc并行算法。提出一类非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了符合dsmc并行原理的单步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了二维非结构网格dsmc整体并行算法。在程序的编制过程中,充分展现了Fortran90高级语言的主要特性,引人动态数组、指针、链表及派生类型数据。最后对过渡流域高超声速绕流进行了并行计算,数值试验的结果表明本文设计的并行算法可以取得较为理想的加速比。

摘要：研究了二维自适应非结构网格dsmc并行算法实现的过程。首先提出了一类非结构网格自适应策略,有效降低了网格尺度对计算结果的影响,提高了流场的分辨率;然后基于PC-CLUSTER群机并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,利用分区并行思想,设计了非结构网格dsmc并行算法,节约了计算时间。利用For-tran90的动态分配内存技术编制了通用计算程序;最后对过渡流域高超声绕流进行了数值模拟,计算结果初步验证了算法的可行性与有效性。

摘要：基于PC-CLUSTER机群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了三维非结构网格dsmc并行算法。提出一类基于结构背景网格上的非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了两类符合dsmc并行原理的通讯法:单步通讯法与多步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了三维非结构网格dsmc整体并行算法。给出了跟踪模拟分子在四面体网格间迁移运动的详细计算过程。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了并行模拟,验证并行算法的有效性。