發(fā)布時(shí)間：2022-02-23 22:00

　　發(fā)展了適應(yīng)高超聲速稀薄流動的硬球-擬顆粒模擬（HS-PPM）,并分別采用硬球分子動力學(xué)模擬（HS）、HS-PPM和直接模擬蒙特卡洛（DSMC）對馬赫數(shù)為5、努森數(shù)為0.8的圓球繞流進(jìn)行模擬,證明了HS-PPM可以得到更接近HS的模擬結(jié)果。對雷諾數(shù)100、馬赫數(shù)5～19的三維圓球繞流,采用HS-PPM模擬得到了填充率0.01～0.08、完全熱邊界和完全滑移邊界條件下的曳力系數(shù),與HS模擬結(jié)果的一致性較好;模擬了馬赫數(shù)24、努森數(shù)0.11～4.55的零攻角三維尖錐繞流,結(jié)果與文獻(xiàn)中DSMC的模擬結(jié)果相符。研究驗(yàn)證了HS-PPM處理高超聲速稀薄氣體流動的可行性。 

【文章來源】：過程工程學(xué)報(bào). 2019,19(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

DSMC和HS-PPM的模擬參數(shù)對曳力系數(shù)的影響

選取流場網(wǎng)格0.001 m、球面網(wǎng)格數(shù)4800、時(shí)間步長1.0×10-6 s的算例作為DSMC的代表算例，選擇時(shí)間步長為6.8×10-10 s的算例作為HS-PPM的代表算例，將二者與HS的時(shí)均流場模擬結(jié)果進(jìn)行對比。選擇圓球沿流動方向的對稱軸作為流場的中心軸線，流場沿中心軸線的密度、溫度分布分別如圖2和3所示�？梢钥闯�，三者無窮來流的性質(zhì)一致，且均在球前出現(xiàn)了明顯的密度和溫度突躍，但頭部激波附近的性質(zhì)出現(xiàn)差別，HS-PPM模擬的頭部激波密度略高于DSMC，頭部激波溫度略低于DSMC，但均比DSMC更接近HS的模擬結(jié)果。球后溫度計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)明顯差異，DSMC得到的球后流場存在溫度梯度，在距球面約0.5個(gè)平均自由程距離才發(fā)展至與HS和HS-PPM模擬相當(dāng)?shù)臏囟�。從流場分布可以明顯看出HS-PPM與HS模擬結(jié)果一致。圖3 HS,HS-PPM和DSMC模擬的軸線方向的溫度分布

圖2 HS,HS-PPM和DSMC模擬的軸線方向的分子數(shù)密度上述所有算例均依托Mole-8.5E完成計(jì)算。HS算例采用單個(gè)CPU核心完成計(jì)算，收斂時(shí)間約為10 h;HS-PPM代表算例采用8個(gè)CPU核心完成計(jì)算，收斂時(shí)間約為12 h;DSMC代表算例采用4個(gè)CPU核心完成計(jì)算，收斂時(shí)間約為10 min。由于DSMC模擬的時(shí)間步長很大，流場穩(wěn)定非�？�，收斂速度明顯優(yōu)于HS和HS-PPM。但由于算例中的流動是定常的，收斂速度并不影響結(jié)果的精度，HS-PPM由于計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度更高而具有一定的研究價(jià)值和應(yīng)用潛力。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]硬球—擬顆�！浨蝰詈夏M及其化工應(yīng)用[D]. 張成龍.中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所) 2016



本文編號：3641402