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

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，航空、航天領(lǐng)域迅猛發(fā)展。飛行器不僅在外形、結(jié)構(gòu)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(shí)，氣體密度會(huì)越來越小，稀薄氣體效應(yīng)也越來越明顯。此時(shí)，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)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(duì)方程進(jìn)行各式各樣的假設(shè)。為了有效地解決稀薄氣體動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)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(yīng)用范圍非常廣泛，目前已成為研究稀薄氣體動(dòng)力學(xué)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(dòng)中基于切割單元直角坐標(biāo)網(wǎng)格的DSMC方法及優(yōu)化技術(shù)，致力于發(fā)展一套具有較高自動(dòng)化程度且通用性良好、適用于切割單元以及任意復(fù)雜外形的DSMC程序。
　　本文中，首先闡述了分子氣體動(dòng)力學(xué)基本原理，為下文對(duì)稀薄氣體流動(dòng)

3、進(jìn)行直接物理模擬奠定基礎(chǔ)。其次，通過對(duì)與物面相交的正方體網(wǎng)格進(jìn)行切割處理來保證單元的貼體性，同時(shí)采用網(wǎng)格加密技術(shù)使物面附近的網(wǎng)格尺度滿足要求。這樣的直角坐標(biāo)網(wǎng)格生成方法不僅提高了計(jì)算過程中的搜索效率，也保證了物面附近的計(jì)算精度。然后，研究了基于切割單元直角坐標(biāo)網(wǎng)格的DSMC方法的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)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?yàn)镈SMC方法是一種以分子為研究對(duì)象的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)計(jì)算機(jī)資源要求非常高，所