高超聲速流場(chǎng)微觀瞬態(tài)算法研究.pdf

1、本文通過分析高超聲速流動(dòng)的特點(diǎn)并結(jié)合現(xiàn)有高超聲速研究的方法提出以直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法作為廣泛適用于高超聲速的算法，并進(jìn)行研究。本文對(duì)DSMC方法的基本思想和數(shù)值模型方面進(jìn)行了簡單介紹。另外，對(duì)其在高超聲速微觀瞬態(tài)的情況下的可行性和有效性進(jìn)行了定性分析，并通過理論證實(shí)該方法是對(duì)高超特點(diǎn)進(jìn)行模擬的有效手段。考慮到DSMC方法在高密度和大范圍的模擬情況下有較大的計(jì)算量，本文提出了利用高性能計(jì)算(HPC)作為提升DSMC適用范圍的手

2、段。然后對(duì)該問題進(jìn)行分析并提出四種并行策略，并選擇了現(xiàn)階段合適的策略進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了現(xiàn)有并行策略在計(jì)算效率上確實(shí)有不少的提升。針對(duì)現(xiàn)有DSMC方法在處理復(fù)雜外形上的劣勢(shì)，本文提出使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)合粒子追蹤的方法進(jìn)行模擬，并通過程序?qū)崿F(xiàn)了本思想。本文現(xiàn)階段采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，但求解時(shí)按非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格思想處理。網(wǎng)格研究是今后該程序向通用性方向發(fā)展的必要內(nèi)容。本文也對(duì)DSMC方法的數(shù)值有效性進(jìn)行了分析，從模擬粒子權(quán)重參數(shù)，時(shí)間步長，穩(wěn)態(tài)判別

3、等方面進(jìn)行對(duì)比，提出了適當(dāng)?shù)挠行袆e準(zhǔn)則。另外，本文針對(duì)DSMC在處理密度變化大的流場(chǎng)時(shí)所遇到的部分網(wǎng)格計(jì)算粒子數(shù)過大情況，提出兩種解決方案：計(jì)算粒子復(fù)制刪除，變時(shí)間步長，通過比較認(rèn)為兩種方法各有優(yōu)劣。今后將結(jié)合這兩種方法特點(diǎn)進(jìn)行研究。本文雖然對(duì)DSMC方法作為高超聲速流場(chǎng)算法進(jìn)行了多項(xiàng)研究，但是考慮到本此研究是DSMC方法向適用范圍更廣方向發(fā)展的起步階段，尚有許多不足之處需要改進(jìn)。同時(shí)，作為DSMC方法在處理復(fù)雜流動(dòng)情況下物理模型的改