基于切割單元直角坐標網(wǎng)格的DSMC方法及優(yōu)化技術.pdf

1、隨著科學技術的日新月異，航空、航天領域迅猛發(fā)展。飛行器不僅在外形、結構上突破傳統(tǒng)，飛行高度也不斷提升。在飛行高度不斷增加的同時，氣體密度會越來越小，稀薄氣體效應也越來越明顯。此時，連續(xù)介質假設下的Navier-Stokes方程已經(jīng)不再適用，取而代之的則是高度非線性的Boltzmann方程。數(shù)值求解Boltzmann方程存在著巨大的困難，為了方便研究往往需要對方程進行各式各樣的假設。為了有效地解決稀薄氣體動力學問題，人們先后發(fā)展了一系列的

2、方法。在這些求解稀薄氣體動力學的眾多方法中，由Bird提出的直接模擬Monte-Carlo方法（DSMC）發(fā)展尤為迅速。它的應用范圍非常廣泛，目前已成為研究稀薄氣體動力學非常重要的方法之一。本文主要研究高超聲速稀薄氣體流動中基于切割單元直角坐標網(wǎng)格的DSMC方法及優(yōu)化技術，致力于發(fā)展一套具有較高自動化程度且通用性良好、適用于切割單元以及任意復雜外形的DSMC程序。
　　本文中，首先闡述了分子氣體動力學基本原理，為下文對稀薄氣體流動

3、進行直接物理模擬奠定基礎。其次，通過對與物面相交的正方體網(wǎng)格進行切割處理來保證單元的貼體性，同時采用網(wǎng)格加密技術使物面附近的網(wǎng)格尺度滿足要求。這樣的直角坐標網(wǎng)格生成方法不僅提高了計算過程中的搜索效率，也保證了物面附近的計算精度。然后，研究了基于切割單元直角坐標網(wǎng)格的DSMC方法的實現(xiàn)與應用，并發(fā)展了一種新的相鄰單元搜索方法，能夠適用于任意形狀多面體間的分子搜索。因為DSMC方法是一種以分子為研究對象的統(tǒng)計方法，對計算機資源要求非常高，所