对于高超声速飞行器在临近空间形成的连续与稀薄混合流场,DSMC(direct simulation of Monte Carlo)方法需要消耗巨大的计算资源,CFD(computational fluid dynamics)方法,无法对稀薄效应进行准确模拟。在对连续/稀薄耦合数值方法深入研...对于高超声速飞行器在临近空间形成的连续与稀薄混合流场,DSMC(direct simulation of Monte Carlo)方法需要消耗巨大的计算资源,CFD(computational fluid dynamics)方法,无法对稀薄效应进行准确模拟。在对连续/稀薄耦合数值方法深入研究的基础上,提出了一套非结构网格的CFD/DSMC耦合方法。该方法具有通用强、适应性良好的特点,进行耦合计算时对不规则复杂分界面无需进行光滑处理。对超声速圆柱绕流和钝锥体流场进行了模拟,数值结果表明:该方法对不规则分界面和复杂外形具有高度适用性,通过与重叠网格结果进行比较验证了该方法的有效性和计算效率,相较于传统的DSMC方法,计算效率分别提高了2.3倍和3.16倍,具有高效性。展开更多
针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向...针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向复杂外形高度的贴体性、优良适应性以及工程领域对过渡流区高效通用型计算方法的需求,提出并实现了一套三维复杂界面四面体非结构网格N-S/DSMC耦合方法用于模拟高超声速过渡流。该方法使用局部克努森数作为连续失效参数划分连续/稀薄区域,并生成三维复杂N-S/DSMC耦合界面,沿分界面两侧分别推进一层或多层界面信息传递单元,基于边界状态法进行信息耦合。该耦合方法无需对复杂不规则分界面作光滑和修型处理,具备对复杂过渡流区工程问题数值模拟的通用性。分别对三维高超声速圆球和钝锥绕流进行模拟,数值结果显示:与参考文献中的DSMC方法相比,激波处数值和壁面特征值基本一致,最大误差不超过8%,但计算效率分别提高了1.74倍和2.28倍,验证了该耦合方法的正确性和高效性。展开更多
文摘采用分子动力学理论导出系统熵与熵产率的计算公式,识别高超声速稀薄流非平衡区域。根据熵产与非平衡现象的基本关系,确定了衡量气体非平衡态的判断方法。由于熵产率参数存在局限性,提出了一种熵产克努森数(Knudsen number)作为气体非平衡态衡量参数,与局部克努森数相结合作为非平衡态判据。基于两种非平衡判据相结合的策略,发展了一套高超声速流场非平衡区域识别与网格自适应重构的DSMC(direct simulation Monte Carlo)计算方法。对典型非平衡流场进行模拟,数值结果表明:所提出的识别参数能精准识别全流场中的非平衡效应,识别率达到了99%以上。在此基础上重构非平衡区域网格,计算得到的流场宏观量相对误差小于3%,壁面气动参数相对误差小于5%,证明了自适应重构方法的有效性。
文摘对于高超声速飞行器在临近空间形成的连续与稀薄混合流场,DSMC(direct simulation of Monte Carlo)方法需要消耗巨大的计算资源,CFD(computational fluid dynamics)方法,无法对稀薄效应进行准确模拟。在对连续/稀薄耦合数值方法深入研究的基础上,提出了一套非结构网格的CFD/DSMC耦合方法。该方法具有通用强、适应性良好的特点,进行耦合计算时对不规则复杂分界面无需进行光滑处理。对超声速圆柱绕流和钝锥体流场进行了模拟,数值结果表明:该方法对不规则分界面和复杂外形具有高度适用性,通过与重叠网格结果进行比较验证了该方法的有效性和计算效率,相较于传统的DSMC方法,计算效率分别提高了2.3倍和3.16倍,具有高效性。
文摘针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向复杂外形高度的贴体性、优良适应性以及工程领域对过渡流区高效通用型计算方法的需求,提出并实现了一套三维复杂界面四面体非结构网格N-S/DSMC耦合方法用于模拟高超声速过渡流。该方法使用局部克努森数作为连续失效参数划分连续/稀薄区域,并生成三维复杂N-S/DSMC耦合界面,沿分界面两侧分别推进一层或多层界面信息传递单元,基于边界状态法进行信息耦合。该耦合方法无需对复杂不规则分界面作光滑和修型处理,具备对复杂过渡流区工程问题数值模拟的通用性。分别对三维高超声速圆球和钝锥绕流进行模拟,数值结果显示:与参考文献中的DSMC方法相比,激波处数值和壁面特征值基本一致,最大误差不超过8%,但计算效率分别提高了1.74倍和2.28倍,验证了该耦合方法的正确性和高效性。
基金National Natural Science Foundation of China(51775096)Chinese Academy of Sciences WEGO Research Development Plan([2007]006)Fundamental Research Funds for the Central Universities,China(N2003009)。
