微噴管與微懸梁流動(dòng)及傳熱的DSMC模擬.pdf

1、自微型航天器于上個(gè)世紀(jì)末在NASA誕生至今，國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究的熱度未減。在其執(zhí)行軌道定位、校正以及姿態(tài)調(diào)整等任務(wù)時(shí)，微推進(jìn)系統(tǒng)往往起到?jīng)Q定性作用。同時(shí)，作為微推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的微噴管，又主導(dǎo)了整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的性能?？梢姡姽茉O(shè)計(jì)的成功與否將顯著影響到微推進(jìn)系統(tǒng)的工作性能，從而影響到整個(gè)微航天器系統(tǒng)。因而，對(duì)微噴管的深入研究對(duì)優(yōu)化微航天器系統(tǒng)將是十分必要的。
　　由于微噴管特征尺寸與氣體分子自由程在同一個(gè)量級(jí)，所以一系列稀薄效應(yīng)必須加

2、以考慮。稀薄氣體的流動(dòng)與傳熱至今仍是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，而其中問(wèn)題的核心則在于過(guò)渡區(qū)域內(nèi)流動(dòng)的準(zhǔn)確數(shù)值模擬。直接從Boltzmann方程出發(fā)試圖進(jìn)行解析求解顯然是不實(shí)際的，方程右端的碰撞積分使得對(duì)該類問(wèn)題數(shù)值模擬要另辟蹊徑。
　　本文在總結(jié)和比較了大部分針對(duì)具有稀薄效應(yīng)的氣體流動(dòng)傳熱常見仿真方法后，在算法上選擇了直接模擬Monte-Carlo（DSMC）方法，采用C＃.NET與Fortran混合編程技術(shù)，編寫了基于OpenMP的共

3、享內(nèi)存并行三維數(shù)值模擬程序（Hit-Micro）。工質(zhì)選為Ar，氣體分子在程序中采用可變硬球模型（VHS），與壁面的作用采用了完全漫反射和Maxwell反射模型，進(jìn)出口采用了Garcia進(jìn)口邊界條件。通過(guò)對(duì)不同工況下的微噴管內(nèi)流動(dòng)過(guò)程仿真，研究了微尺度噴管的流動(dòng)與傳熱特性。其中，重點(diǎn)討論了出口背壓、進(jìn)口溫度和壓力、噴管尺寸以及壁面條件對(duì)流動(dòng)的影響。
　　此外，利用HIT-Micro對(duì)數(shù)種微觀流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值仿真，并對(duì)微懸梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了