小行星是研究太陽系形成過程和早期演化的重要對(duì)象,并且具有潛在的資源開采價(jià)值。本文是為配合某小行星探測計(jì)劃而進(jìn)行的數(shù)值模擬研究。本文利用CFD++和STAR-CCM+等軟件分析了某型小行星表面采樣裝置的采樣過程,分別對(duì)采樣器內(nèi)無顆粒的純流場、小直徑顆粒的采集過程、大直徑顆粒的采集過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。在純流場模擬中驗(yàn)證了采用二維簡化模型的可行性,模擬了高超聲速射流的流態(tài)。在模擬顆粒采集過程時(shí)分別使用了只有主流噴口起作用的單噴口結(jié)構(gòu)和主流噴口與側(cè)壁小噴口同時(shí)起作用的多噴口結(jié)構(gòu),對(duì)比分析了相應(yīng)采樣效果。在模擬小顆粒采集過程時(shí)使用了基于歐拉-拉格朗日方法的多相流模型,在模擬大顆粒采集過程時(shí)使用了重疊網(wǎng)格方法。研究結(jié)果表明,多噴口結(jié)構(gòu)中側(cè)壁小噴口的支流能夠起到穩(wěn)定流場的作用。側(cè)壁噴口在采集小直徑顆粒時(shí)能夠壓縮顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)張范圍,從而幫助顆粒進(jìn)入采集管道,而在采集大直徑顆粒時(shí)側(cè)壁噴口的氣流在壓縮主流區(qū)域的同時(shí)還有助于減緩氣體從采樣器與小行星表面的縫隙泄漏,從而提高氣體采集效率。本文有效克服了地面實(shí)驗(yàn)中難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)無重力和真空環(huán)境的困難,為小行星表面采樣裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考。

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景與意義
    1.2 小行星表面采樣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 文章結(jié)構(gòu)
第二章 物理模型和計(jì)算方法
    2.1 物理模型
        2.1.1 問題描述
        2.1.2 流體模型
        2.1.3 邊界條件
    2.2 計(jì)算方法
第三章 無粒子情況下的流動(dòng)
    3.1 稀薄氣體超聲速流動(dòng)概述
    3.2 幾何模型
    3.3 網(wǎng)格劃分
    3.4 計(jì)算設(shè)置
    3.5 計(jì)算結(jié)果
        3.5.1 二維單噴口
        3.5.2 二維三噴口
        3.5.3 三維流場
    3.6 本章小結(jié)
第四章 小直徑顆粒的采集過程
    4.1 歐拉-拉格朗日方法概論
    4.2 幾何模型
    4.3 網(wǎng)格劃分
    4.4 計(jì)算設(shè)置
    4.5 計(jì)算結(jié)果
        4.5.1 單噴口結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果
        4.5.2 三噴口結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第五章 大直徑顆粒的采集過程
    5.1 Overset網(wǎng)格技術(shù)介紹
    5.2 幾何模型
    5.3 網(wǎng)格劃分
    5.4 計(jì)算設(shè)置
    5.5 計(jì)算結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3852872