基于計算流體力學(xué)的太陽風(fēng)研究與仿真.pdf

1、隨著空間信息技術(shù)、大氣物理學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展,人類對宇宙的探索不斷深入,宇宙中的各種潛在的對人類危害也逐漸顯露。太陽風(fēng)就是其中一種人類了解甚少而危害巨大的宇宙現(xiàn)象,它能干擾人類無線通信、引起地磁暴、破壞人類空間站等。我國嫦娥探月工程,帶回了宇宙空間中的大量太陽風(fēng)數(shù)據(jù)與信息,這些信息將為我國研究太陽風(fēng)與空間信息技術(shù)帶來巨大的助益。如何利用這些數(shù)據(jù)建立太陽風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)理模型并進(jìn)行系統(tǒng)仿真,成為當(dāng)前研究的重大課題并具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價

2、值。
　　 建立太陽風(fēng)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于對太陽風(fēng)數(shù)據(jù)的研究,總結(jié)太陽風(fēng)的物理特性,結(jié)合磁流體力學(xué)、天體物理學(xué)等相關(guān)理論,建立真實可靠的太陽風(fēng)運動模型,并使用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行計算與仿真。目前,對太陽風(fēng)數(shù)據(jù)的研究取得初步進(jìn)展,但是建立太陽風(fēng)的準(zhǔn)確數(shù)理模型攻克許多難關(guān),主要問題是太陽風(fēng)本身的規(guī)模巨大、行程遙遠(yuǎn)、影響因素眾多,準(zhǔn)確數(shù)據(jù)仍難以取得。任何科學(xué)在研究之初都可以通過簡化相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行基礎(chǔ)研究,建立理想條件下的太陽風(fēng)運動數(shù)理模型

3、并應(yīng)用離散數(shù)學(xué)方法在計算機(jī)上求解,是當(dāng)前太陽風(fēng)研究的主要課題,其中各項關(guān)鍵技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的研究也勢在必行。
　　 本文針對建立太陽風(fēng)初步數(shù)理模型并在計算機(jī)上進(jìn)行仿真,提出應(yīng)用當(dāng)前相對成熟的計算流體動力學(xué)相關(guān)理論,建立瞬態(tài)太陽風(fēng)流體數(shù)理模型,通過工程上常用同位網(wǎng)格下的SIMPLE(Semi—Implicit Method for Pressure—LinkedEquations)算法進(jìn)行Navier—Stokes方程與連續(xù)方程的求

4、解,并運用圖形學(xué)相關(guān)理論知識、以O(shè)GRE圖形引擎為平臺、運用GPU渲染技術(shù)進(jìn)行計算機(jī)渲染與實現(xiàn)。該方法雖然不能建立完全正確的太陽風(fēng)數(shù)理模型,也不能獲得真實的仿真結(jié)果,但是它提出了一種太陽風(fēng)初步研究和簡化仿真的方法,為以后更進(jìn)一步研究太陽風(fēng)系統(tǒng)有重大的指導(dǎo)意義。論文主要研究工作和創(chuàng)新性工作如下:
　　 (1)研究了太陽風(fēng)的流體性質(zhì)。
　　 (2)研究了計算流體力學(xué)的相關(guān)理論基礎(chǔ)以及SIMPLE系列算法。
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