基于高效DSMC技術的高速氣動光學頭罩流場數值模擬.pdf

1、高超聲速飛行器前端光學頭罩上的光學窗口，是制導的重要器件，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)和復雜的外形使得光學窗口流場非常復雜，其中包括弓形激波，湍流邊界層，剪切層以及各種復合結構，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力和光線折射等問題，對獲取目標圖像同樣造成干擾。因此準確模擬光學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)介質假設的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值計算方法。DSMC從分子的角度對氣體流動進行了唯象的詮釋，用模擬分子代替真實分子，使用模化的方式演繹分子碰撞，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地氣體分子的速度分布，因此被認為是解 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)介質假設，因此在稀薄氣體和近連續(xù)氣體中能給出更準確的結果。然而該方法需要大量的計算資源，且并行方法還受限于負載的不確定性而難以提高效率。鑒于此，作者改進了負載權值的定義，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結果，試驗結果和理論值的對比，并取得了較好的結果。在此基礎上我們最終將DSM