DSMC方法

摘要： 针对壁面粗糙元对微尺度通道内稀薄气体流动和传热的影响,采用直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)进行研究,分析了粗糙元数量、分布和高度不同时,各类型微通道内稀薄流动和传热状态及特征参数的变化情况.结果显示,当粗糙元数量增加时,微通道壁面压力和换热量分布略有波动,壁面摩阻和通道中心线上的雷诺数受流场总体速度降低的影响,变化较为明显;当粗糙元的高度增加时,微通道内流场发生了较为明显的变化,通道内平均换热量、壁面摩阻和中心线上的雷诺数均有不同程度的下降,而壁面压力和雷诺数等流动性能的波动性显著增大.由此可以说明,粗糙元对微通道内的流动换热性能产生的主要影响为压缩和阻滞效应,前者会提高局部流速的波动性,后者则会降低通道内流场的流动性,相比于增加粗糙元数量,提高粗糙元的高度所产生的影响更为明显;另外,微通道内的换热性能主要取决于流动速度,粗糙元能够增大换热面积并通过压缩效应增大局部换热量,但由于其阻滞效应的作用,通道内流速随之降低,从而导致平均换热量有所下降.

摘要： 极高超声速流动激波层内的高温导致内能模态的激发并伴随热辐射发生,过高的温度使得空气分子完全解离,原子组分对辐射热的贡献将达到80%以上.本文基于优化的原子辐射模型,提出追踪光子-直接模拟蒙特卡罗(p-DSMC)方法,研究了稀薄流区不同马赫数下的高超声速二维圆柱绕流的壁面辐射加热,获得了有无激发辐射效应的壁面压力和热流以及沿驻点线变化的平动、振动和转动温度.在不考虑激发辐射效应的情况下,得到的壁面压力和热流与已有的模拟结果符合的非常好,误差均在5%以内,尤其是在驻点位置,误差在1%以内;获得的平动、振动以及转动温度均与文献结果符合的很好.在相同的来流条件下,考虑辐射效应后发现,来流速度低于10 km/s时,辐射加热不明显,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重在7%左右;来流速度大于10 km/s时,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重将超过30%.考虑辐射效应后,对非平衡区的平动、转动和振动温度的最大值影响不大.此外,另一个重要结论是,流场中原子的浓度是影响壁面辐射热流大小的一个重要因素.

摘要： 临近空间高超声速飞行器在高空长时间飞行,受气流加热影响,飞行器表面温度显著升高,依赖地面试验和传统DSMC仿真预测的热流值明显高于飞行观测值,导致飞行器防热系统的保守设计.本文发展了一种基于壁面辐射平衡的DSMC边界模型,通过热流值反算辐射平衡壁面温度,并以此温度作为下一个时间步DSMC计算的边界条件,迭代更新至给出壁面温度的收敛值.基于该温度边界条件,开发了适用于轴对称构型的DSMC求解器,并以钝锥构型对计算模型和求解器进行了验证.重点针对激波风洞试验条件下的双锥构型,开展数值模拟研究,结果表明:该构型恒温冷壁条件得到的壁面压力分布和热流与风洞试验结果吻合,两种温度条件下的压力峰值差异约为15.4％,但是整体气动力特性差异仅约为0.33％;相对于冷壁,辐射平衡计算得到的前缘处热流峰值降低约50％,再附点处的热流峰值降低约三分之二;两种条件相结合,可以给出壁面热流的预测范围.

摘要： 为解决化学反应模型高温数据缺乏的难题,探索DSMC方法量子动理学(QK)模型在实际中的应用,本文将该模型进一步应用于火星探测器稀薄气动特性的数值预测.通过计算探路者号在85 km、95 km和110 km高度的稀薄绕流,评估了QK模型的性能和稀薄气体效应的影响规律.结果 表明,QK模型不依赖宏观的化学反应速率系数,适用于火星再入流动计算.化学反应及其模型对气动力的影响很小,但对气动热特性的影响不容忽略,考虑化学反应后的驻点热流可以下降约12％～14％.

摘要： 基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在不同流态下对抽气性能的影响程度,并计算不同流态下涡轮叶列返流的变化.计算得出增大叶片速度在分子流态下对涡轮分子泵性能的提升最为明显,缩小气体入口面积可以提升涡轮分子泵压缩比等结论.从而为提升涡轮分子泵抽气性能提供了手段,拓展了涡轮分子泵的工作范围.

摘要： 目的研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法进行模拟,用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞,碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定,碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型,采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型,计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型,并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区,随着颗粒质量流量的增大,颗粒碰撞次数增加,且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大,颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移,且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%,总冲蚀率则两者区别不大。结论引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞,可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞,DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际,使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。

摘要： 针对高超声速弹箭前方绕流流场中气体分子间碰撞导致复杂化学反应的问题,提出了一种化学反应类型取决于碰撞分子特定次序的DSMC(direct simulation Monte Carlo)改进方法.在变径硬球模型、Larsen-Borgnakke唯象论模型和Bird的化学反应概率模型的基础上,先取五组元(N2,O2,N,O,NO)混合气体间的离解、置换和复合反应为主要化学反应类型,采用Fortran语言编制了气体分子化学反应的DSMC源程序,模拟了高超声速二维圆柱绕流,并将模拟结果与有关文献中的理论数据进行了比较,在80 km,85 km,90 km处,圆柱表面处的热流系数峰值误差分别为1.1％,2.0％和1.9％,数值结果验证了该方法的可行性和合理性.

摘要： 基于人为增大电子质量的基本假设,在前期工作的基础上,提出了一种用于DSMC模拟中处理含电离化学反应的稀有组分权重因子方法.在粒子间碰撞分子对数目的确定上,考虑了权重因子引入的修正.不同权重粒子碰撞之后的状态,以权重因子之比为概率进行确定.对于空气11组元的含电离化学反应,归类为四种情况分别处理,基本思想是根据权重因子对生成的稀有组分粒子进行复制、对反应物中的常规组分按概率保留或删除.比较分析了RAM-C II和Stardust等典型再入速度下,在含电离化学反应使用稀有组分权重因子方法后,对飞行器绕流流场结构电子数密度分布造成的影响.计算结果表明:权重因子方法的使用不会给宏观流场参数计算带来影响,它能显著改善弱电离情况下电子等稀有组分数密度等值线的光滑性;对于较强电离的情况,亦能有效抑制稀有组分低密度区的统计涨落.

摘要： 采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟（LES）研究气相湍流，采用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）研究颗粒间的碰撞过程，考虑了超细颗粒间的van der Waals 粘性作用力。数值模拟了上升管内超细颗粒气固两相流动过程，研究了时均颗粒速度和浓度分布特性，研究了颗粒弹性恢复系数以及Hamaker 数对超细颗粒团聚物生频率c λ和团聚物时间份额c F分布的影响规律。

摘要： 采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟（LES）研究气相湍流，采用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）研究颗粒间的碰撞过程，考虑了超细颗粒间的van der Waals 粘性作用力。数值模拟了上升管内超细颗粒气固两相流动过程，研究了时均颗粒速度和浓度分布特性，研究了颗粒弹性恢复系数以及Hamaker 数对超细颗粒团聚物生频率c λ和团聚物时间份额c F分布的影响规律。

摘要： 采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟（LES）研究气相湍流，采用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）研究颗粒间的碰撞过程，考虑了超细颗粒间的van der Waals 粘性作用力。数值模拟了上升管内超细颗粒气固两相流动过程，研究了时均颗粒速度和浓度分布特性，研究了颗粒弹性恢复系数以及Hamaker 数对超细颗粒团聚物生频率c λ和团聚物时间份额c F分布的影响规律。

摘要： 采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟（LES）研究气相湍流，采用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）研究颗粒间的碰撞过程，考虑了超细颗粒间的van der Waals 粘性作用力。数值模拟了上升管内超细颗粒气固两相流动过程，研究了时均颗粒速度和浓度分布特性，研究了颗粒弹性恢复系数以及Hamaker 数对超细颗粒团聚物生频率c λ和团聚物时间份额c F分布的影响规律。

摘要： 将直接模拟蒙特卡洛(direct simulation Monte Carlo，DSMC)方法与传热传质理论相结合，建立了考虑颗粒碰撞与热质传递过程的气固两相撞击流理论模型。应用所建理论模型计算分析了撞击流内的热质传递过程，以及不同颗粒预热温度对传递过程的影响。结果表明：利用所建模型对撞击流干燥过程的计算结果与文献中的实验结果非常吻合，该模型能够有效地用于撞击流内传热传质过程的理论分析；撞击流内传递过程的有效体积位于两喷嘴之间区域，且在撞击区内的传递过程非常剧烈；提高颗粒的预热温度可以有效提高干燥装置的干燥强度。

摘要： 将直接模拟蒙特卡洛(direct simulation Monte Carlo，DSMC)方法与传热传质理论相结合，建立了考虑颗粒碰撞与热质传递过程的气固两相撞击流理论模型。应用所建理论模型计算分析了撞击流内的热质传递过程，以及不同颗粒预热温度对传递过程的影响。结果表明：利用所建模型对撞击流干燥过程的计算结果与文献中的实验结果非常吻合，该模型能够有效地用于撞击流内传热传质过程的理论分析；撞击流内传递过程的有效体积位于两喷嘴之间区域，且在撞击区内的传递过程非常剧烈；提高颗粒的预热温度可以有效提高干燥装置的干燥强度。

摘要： 将直接模拟蒙特卡洛(direct simulation Monte Carlo，DSMC)方法与传热传质理论相结合，建立了考虑颗粒碰撞与热质传递过程的气固两相撞击流理论模型。应用所建理论模型计算分析了撞击流内的热质传递过程，以及不同颗粒预热温度对传递过程的影响。结果表明：利用所建模型对撞击流干燥过程的计算结果与文献中的实验结果非常吻合，该模型能够有效地用于撞击流内传热传质过程的理论分析；撞击流内传递过程的有效体积位于两喷嘴之间区域，且在撞击区内的传递过程非常剧烈；提高颗粒的预热温度可以有效提高干燥装置的干燥强度。

摘要： 将直接模拟蒙特卡洛(direct simulation Monte Carlo，DSMC)方法与传热传质理论相结合，建立了考虑颗粒碰撞与热质传递过程的气固两相撞击流理论模型。应用所建理论模型计算分析了撞击流内的热质传递过程，以及不同颗粒预热温度对传递过程的影响。结果表明：利用所建模型对撞击流干燥过程的计算结果与文献中的实验结果非常吻合，该模型能够有效地用于撞击流内传热传质过程的理论分析；撞击流内传递过程的有效体积位于两喷嘴之间区域，且在撞击区内的传递过程非常剧烈；提高颗粒的预热温度可以有效提高干燥装置的干燥强度。

摘要： 将直接模拟蒙特卡洛(direct simulation Monte Carlo，DSMC)方法与传热传质理论相结合，建立了考虑颗粒碰撞与热质传递过程的气固两相撞击流理论模型。应用所建理论模型计算分析了撞击流内的热质传递过程，以及不同颗粒预热温度对传递过程的影响。结果表明：利用所建模型对撞击流干燥过程的计算结果与文献中的实验结果非常吻合，该模型能够有效地用于撞击流内传热传质过程的理论分析；撞击流内传递过程的有效体积位于两喷嘴之间区域，且在撞击区内的传递过程非常剧烈；提高颗粒的预热温度可以有效提高干燥装置的干燥强度。

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。

摘要： 本发明涉及耦合算法优化技术领域，具体公开了一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法。本发明所述的一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法，将使用不同算法的流场小网格重新划分成大网格，判断每一个大网格中小网格数目占优的算法，并确定为当前大网格的算法，再对大网格进行消除孤岛的二次优化。可以对根据流场参数判据生成的不同算法区域边界进行有效的优化，进而提高N‑S/DSMC耦合算法的计算效率与计算稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于MPI+X的DSMC并行计算方法、设备及介质，其中方法包括以下步骤：根据计算的节点数目和节点内可用CPU核数对网格进行分区，将其划分为多个独立的分区文件；初始化MPI即粗粒度多进程，各进程载入网格数据；各进程对载入的所述网格数据分别进行相应的预处理；各进程分别启用多线程并行计算各自分区内的粒子运动；各进程分别对各自分区内的粒子索引进行排序编号；各进程分别对各自分区内的粒子进行碰撞计算；各进程分别对各自的子区域流场性质进行采样；迭代步数如果达到阈值，则进行相应的后处理并输出结果文件。本发明将粗粒度多进程与细粒度多线程有效结合，可以大大减少通信量和通信次数，有效提升并行效率。

摘要： 本发明公开了一种基于径向基函数的DSMC计算结果降噪处理方法。本发明借鉴碰撞网格与抽样网格分开的思想，采用两套不同粗细的两套网格，增大统计样本数来降低统计噪声。利用径向基函数工具，完成原有碰撞网格节点上的物理数据向抽样网格节点上的数据插值，无需增大单元内模拟分子数目或者增大抽样步数，具有不影响主计算程序，计算简单，工作量小和计算精度较高的优点。

摘要： 本发明公开了一种适用于DSMC方法的任意方向喷流计算的实现方法，包括：羽流/喷流模拟坐标系与DSMC方法计算坐标系的转换，得到计算坐标系下羽流/喷流出口的坐标、速度、密度、温度等宏观信息；羽流/喷流出口宏观量在DSMC方法模拟中的转化，将出口参数根据麦克斯韦速度分布函数和接受‑拒绝取舍法转换成当地模拟分子的数密度、速度、位置坐标等，作为DSMC方法微观模拟的输入参数；将羽流/喷流出口处的分子进入作为DSMC方法的一种特殊边界进行处理，对高密度区域进行快速处理以适于DSMC方法模拟。本发明提供的一系列计算方法能够有效处理任意型面喷管、任意方向出口、多组分燃气的复杂情形，从而提高羽流污染/喷流干扰的模拟能力。

摘要： 本发明涉及二级直角网格系统创建技术领域，具体公开了一种适用于DSMC方法网格位置属性判断的双向三维扫描方法。该方法包括：1、进行空间网格与飞行器表面网格交叉的扫描标示；对所有空间网格判断其与所有三角形网格的相交关系；2、对空间网格位置属性进行扫描，通过双向三维交叉扫描判断网格是在飞行器外部或飞行器内部。该方法中空间采用直角网格，追踪分子的效率非常高；表面采用非结构网格，可以对飞行器几何外形进行精细描述；两套网格相互独立，分别创建，表面网格直接嵌入到直角网格中，创建网格过程简单；同时，降低DSMC方法计算对流场网格的依赖程度。

摘要： 一种针对DSMC方法的BCP粒子定位实现方法及系统，通过在结构化网格上加上一层背景笛卡尔网格并分割结构化网格，然后根据粒子更新坐标和笛卡尔网格几何尺寸预定位到其所在的背景笛卡尔网格，然后通过网格转换关系精确定位得到粒子所在的结构化网格，本发明兼备结构化网格模拟复杂外形的能力以及笛卡尔网格快速定位的优点，在付出尽可能少的代价条件下(增加合适的背景笛卡尔网格)，使DSMC方法在模拟粒子迁移时，快速准确构建粒子与结构化网格的映射关系，实现针对非笛卡尔网格体系下DSMC计算过程中粒子快速定位。

摘要： 本发明公开了一种基于MPI+X的DSMC并行计算方法、设备及介质，其中方法包括以下步骤：根据计算的节点数目和节点内可用CPU核数对网格进行分区，将其划分为多个独立的分区文件；初始化MPI即粗粒度多进程，各进程载入网格数据；各进程对载入的所述网格数据分别进行相应的预处理；各进程分别启用多线程并行计算各自分区内的粒子运动；各进程分别对各自分区内的粒子索引进行排序编号；各进程分别对各自分区内的粒子进行碰撞计算；各进程分别对各自的子区域流场性质进行采样；迭代步数如果达到阈值，则进行相应的后处理并输出结果文件。本发明将粗粒度多进程与细粒度多线程有效结合，可以大大减少通信量和通信次数，有效提升并行效率。

摘要： 本发明公开了一种基于径向基函数的DSMC计算结果降噪处理方法。本发明借鉴碰撞网格与抽样网格分开的思想，采用两套不同粗细的两套网格，增大统计样本数来降低统计噪声。利用径向基函数工具，完成原有碰撞网格节点上的物理数据向抽样网格节点上的数据插值，无需增大单元内模拟分子数目或者增大抽样步数，具有不影响主计算程序，计算简单，工作量小和计算精度较高的优点。

摘要： 本发明涉及耦合算法优化技术领域，具体公开了一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法。本发明所述的一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法，将使用不同算法的流场小网格重新划分成大网格，判断每一个大网格中小网格数目占优的算法，并确定为当前大网格的算法，再对大网格进行消除孤岛的二次优化。可以对根据流场参数判据生成的不同算法区域边界进行有效的优化，进而提高N‑S/DSMC耦合算法的计算效率与计算稳定性。

摘要： 下述式(1)所示的化合物及其制造方法、以及组合物、光学部件形成用组合物、光刻用膜形成组合物、抗蚀剂组合物、抗蚀图案的形成方法、辐射敏感组合物、非晶膜的制造方法、光刻用下层膜形成材料、光刻用下层膜形成用组合物、光刻用下层膜的制造方法、抗蚀图案形成方法、电路图案形成方法、以及纯化方法。(1)(式(1)中，R1为碳数1～60的2n价基团或单键，R2～R5各自独立地为碳数1～30的直链状、支链状或者环状的烷基、碳数6～30的芳基、碳数2～30的烯基、下述式(A)所示的基团、下述式(B)所示的基团、硫醇基或羟基，此处，选自由R2～R5组成的组中的至少1个为选自由下述式(A)所示的基团和下述式(B)所示的基团组成的组中的基团，m2和m3各自独立地为0～8的整数，m4和m5各自独立地为0～9的整数，其中，m2、m3、m4以及m5不同时为0，n为1～4的整数，p2～p5各自独立地为0～2的整数。)(A)(式(A)中，R6各自独立地为碳数1～4的亚烷基，m’为1以上的整数。)(B)(式(B)中，R6与前述定义相同，R7为氢原子或甲基，m”为0或1以上的整数。)