临近空间稀薄与近连续流动数值计算方法研究

摘要

当具有复杂外形的飞行器穿越大气层时，高超声速自由来流将会与控制面或翼面上的激波、边界层相互作用，从而出现连续介质区、过渡区或自由分子区共存的流动现象。由于不同的流动区域具有不相同的物理特性，势必要求采用不同的模型进行数值求解。例如连续介质区采用Navier-Stokes（N-S）方程数值求解，自由分子区采用直接模拟Monte Carlo（DSMC）方法求解，而对于介于两者之间的过渡区，如果仅仅采用不加任何改造的单一算法，即在此区域，或是全部采用N-S方程求解，或是全部采用DSMC方法求解，都将导致计算结果不准确。鉴于上述情况，本文综述了临近空间稀薄与近连续流动数值计算方法的新发展，针对复杂外形高超声速绕流研究了一类基于结构/非结构混合网格的CFD/DSMC耦合算法的实现策略，同时针对经典的三维高超声速流场进行了数值模拟，验证了算法的可行性和有效性。