基于高效DSMC技術(shù)的高速氣動光學(xué)頭罩流場數(shù)值模擬.pdf

1、高超聲速飛行器前端光學(xué)頭罩上的光學(xué)窗口，是制導(dǎo)的重要器件，用于捕捉外界光源從而實現(xiàn)飛行器的偵察、識別和定位等工作。然而苛刻的飛行狀態(tài)和復(fù)雜的外形使得光學(xué)窗口流場非常復(fù)雜，其中包括弓形激波，湍流邊界層，剪切層以及各種復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而對光線捕捉造成較大影響。同時高溫氣體加熱窗口材料致使窗口熱流太大，溫度梯度過高，造成窗口材料的熱應(yīng)力和光線折射等問題，對獲取目標(biāo)圖像同樣造成干擾。因此準(zhǔn)確模擬光學(xué)窗口附近的流場將幫助我們正確的評估窗口的安全和性能

2、。
　　而在高超聲速飛行條件下，外界流場趨于稀薄或近連續(xù)流，傳統(tǒng)基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的NS求解器將逐漸失效，所以本文選擇了 DSMC作為我們研究流場的數(shù)值計算方法。DSMC從分子的角度對氣體流動進(jìn)行了唯象的詮釋，用模擬分子代替真實分子，使用?；姆绞窖堇[分子碰撞，最后基于統(tǒng)計方法Monte Carlo法，通過大量采樣逼近真實的氣體流動過程。由于該方法能夠定量的模擬當(dāng)?shù)貧怏w分子的速度分布，因此被認(rèn)為是解 Boltzmann方程的最佳方法

3、之一。與傳統(tǒng)的NS求解器相比，它沒有基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，因此在稀薄氣體和近連續(xù)氣體中能給出更準(zhǔn)確的結(jié)果。然而該方法需要大量的計算資源，且并行方法還受限于負(fù)載的不確定性而難以提高效率。鑒于此，作者改進(jìn)了負(fù)載權(quán)值的定義，引入基于圖論劃分的Metis，改善了 DSMC在近連續(xù)流區(qū)并行計算的效率問題。
　　為了確保程序的正確性，本文做了大量的驗證工作，包括與RANS結(jié)果，試驗結(jié)果和理論值的對比，并取得了較好的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上我們最終將DSM