摘要：临近空间高超声速飞行器在高空长时间飞行,受气流加热影响,飞行器表面温度显著升高,依赖地面试验和传统dsmc仿真预测的热流值明显高于飞行观测值,导致飞行器防热系统的保守设计。本文发展了一种基于壁面辐射平衡的dsmc边界模型,通过热流值反算辐射平衡壁面温度,并以此温度作为下一个时间步dsmc计算的边界条件,迭代更新至给出壁面温度的收敛值。基于该温度边界条件,开发了适用于轴对称构型的dsmc求解器,并以钝锥构型对计算模型和求解器进行了验证。重点针对激波风洞试验条件下的双锥构型,开展数值模拟研究,结果表明:该构型恒温冷壁条件得到的壁面压力分布和热流与风洞试验结果吻合,两种温度条件下的压力峰值差异约为15.4%,但是整体气动力特性差异仅约为0.33%;相对于冷壁,辐射平衡计算得到的前缘处热流峰值降低约50%,再附点处的热流峰值降低约三分之二;两种条件相结合,可以给出壁面热流的预测范围。

摘要：基于扰动分析理论，在等温假设条件下，由二维Navier-Stokes方程和统一滑移模型推导得到压力分布、速度分布和质量流率理论表达式。以氩气为介质，采用直接模拟Monte Carlo（dsmc）方法计算了出口克努森数（Kn。数）处于0．052～0．254的多个二维微槽流动，并将不同滑移模型的扰动分析解与dsmc结果进行了对比分析。结果表明，在模拟计算范围内，它们的压力分布基本一致；速度分布和质量流率均有一定差异，但在微槽道中心线附近流动高速部分仍十分接近。对于流动高速部分。当Kn。数为0．052时，一阶滑移模型更接近于dsmc；当Kn。数为0．073，0．101，0．15时，二阶模型更接近于dsmc；当Kn。数为0．197，0．254时，所有滑移模型的速度和质量流率均小于dsmc。相比较，二阶滑移边界模型Cercignani与dsmc结果有更好的一致性。

摘要：采用直接模拟Monte Carlo(dsmc)方法模拟微槽道气体流动,根据处于滑移流的dsmc速度分布数据,得到统一滑移模型的新滑移系数,建立新的滑移模型.运用扰动分析理论得到二维Navier-Stokes(N-S)方程的速度分布、压力分布和质量流率表达式.在不同算例中,将新滑移模型下的扰动分析解分别与Cercignani模型和Schamberg模型比较,同时在出口克努森数(Kno)大于0.1的算例中添加dsmc结果作为比较,评估带新滑移模型的N-S方程对微槽道流动的预测能力.

摘要：Knudsen泵作为一种微型泵,在微机电系统(MEMS)中具有广泛应用。本文提出了一种具有不同表面反射系数的棘齿型Knudsen泵,通过直接模拟蒙特卡罗(dsmc)方法对该泵内He-Xe混合气体流动特性进行了数值模拟研究。结果表明:表面反射特性对Knudsen泵内的流场特性和气体分离特性影响巨大,不同的表面反射特性导致了Knudsen泵内不同的热驱流动机理;三角形倾斜边的α_(n)=σ_(t)=0时Knudsen泵内主要热驱流动为辐射流,有利于气体分离,而α_(n)=σ_(t)=1时Knudsen泵内主要热驱流动为热边缘流,对气体分离没有明显有利作用;三角形倾斜边的α_(n)=σ_(t)=0时He和Xe的速度和扩散速度在三角形棘齿上顶点附近差异最大,而α_(n)=σ_(t)=1时在三角形棘齿左侧顶点附近差异最大;越轻的气体流动速度和扩散速度越快。本文可为实际工程应用中微型气体分离装置的设计和生产提供理论依据。

摘要：本文运用工程方法设计了喷气Z箍缩装置的超声速喷管,通过数值求解Navier Stokes方程模拟了气流从储气室到喷管出口的非定常流动过程,最后用dsmc方法计算了喷管出口气体向真空中的膨胀,得到了喷气负载的气流位形和质量线密度。计算结果表明,除了储气室的压力、喷管的喉道和出口尺寸等因素外,负载的特性参数较强地依赖于阀门开启和关闭时间、阀门开启的速度、开启的口径大小以及阀门后真空管道的几何形状。采用定常流动模型比非定常流动模型预测的负载质量线密度大10倍左右,而后者与实验结果较为一致。

摘要：在当前和今后很长一段时间内,我国卫星姿轨控系统都将液体小发动机作为主要推进系统。对于长寿命、高可靠卫星,羽流污染评估具有重要意义,而数值模拟则是有效方法。采用dsmc方法模拟了海洋卫星单组元轨控发动机羽流对水色仪表面可能造成的污染,通过这个算例验证了dsmc方法在羽流污染模拟中的重要作用。假设羽流组分为NH3、N2、H2,水色仪表面温度为100K,计算结果显示在水色仪所在位置发动机羽流造成污染影响最小,可以忽略不计。这表明推进系统选择合理,卫星结构设计合理。

摘要：不同形状微尺度管道(圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形)中的气体流动特性是微机电系统设计最为关心的问题之一．文中利用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(dsmc)方法进行研究,给出两种方法的计算结果相互符合,并与其它研究者的BGK模型方程计算结果进行了比较．对于微尺度管道中关心的低Mach数流动, IP方法的统计收敛效率明显优于dsmc方法．通过拟合IP和dsmc结果,给出了圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形截面情况下无量纲质量流率与等效Knudsen数的关系．

摘要：为解决化学反应模型高温数据缺乏的难题,探索dsmc方法量子动理学(QK)模型在实际中的应用,本文将该模型进一步应用于火星探测器稀薄气动特性的数值预测。通过计算探路者号在85km、95km和110km高度的稀薄绕流,评估了QK模型的性能和稀薄气体效应的影响规律。结果表明,QK模型不依赖宏观的化学反应速率系数,适用于火星再入流动计算。化学反应及其模型对气动力的影响很小,但对气动热特性的影响不容忽略,考虑化学反应后的驻点热流可以下降约12%~14%。

摘要：以流动分区的界限为Knudsen数的变化区间,使用线性插值和调节参数进行校正的方法,提出一种计算过渡流区热流的桥函数形式,并且确定了端面迎风的圆柱体的调节参数。使用dsmc方法对计算结果进行验证并与其他形式的桥函数进行比较。结果表明该桥函数在马赫数大于10的情况下,能比较准确地计算驻点热流的值,可以为飞行器初步设计提供一定的参考依据。

摘要：采用增大电子质量三个数量级并相应调整离子质量的方法,拓展化学反应的dsmc仿真方法处理稀薄气体电离过程;采用单温度模型处理全部化学反应,修正涉及电子的反应速率常数以保证真实化学反应速率;以直角/非结构网格相结合,运用碰撞网格自适应技术,基于MPI并行环境,开发适用于真实复杂外形的三维稀薄气体电离dsmc计算程序。对RAM-C II外形的再入绕流稀薄气体电子密度进行模拟验证,所得结果与飞行试验测量值吻合较好;对Stardust外形的再入稀薄段电离特性数值仿真分析,电子密度等值线云图与参考文献结果一致。相较于稀薄气体不含电离反应的dsmc方法,本文发展的模型和程序不会导致计算量的显著增大,可直接应用于三维复杂外形体极高速再入条件下的稀薄气体电离计算,为工程设计提供技术支持和指导作用。计算结果表明,极高速再入条件下传统稀薄流区的电子数密度足以引起通信黑障,需在通信设计上给予高度关注。