【摘 要】
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本文通过分析高超声速流动的特点并结合现有高超声速研究的方法提出以直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法作为广泛适用于高超声速的算法,并进行研究。本文对DSMC方法的基本思想和数
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本文通过分析高超声速流动的特点并结合现有高超声速研究的方法提出以直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法作为广泛适用于高超声速的算法,并进行研究。本文对DSMC方法的基本思想和数值模型方面进行了简单介绍。另外,对其在高超声速微观瞬态的情况下的可行性和有效性进行了定性分析,并通过理论证实该方法是对高超特点进行模拟的有效手段。考虑到DSMC方法在高密度和大范围的模拟情况下有较大的计算量,本文提出了利用高性能计算(HPC)作为提升DSMC适用范围的手段。然后对该问题进行分析并提出四种并行策略,并选择了现阶段合适的策略进行数值实验,验证了现有并行策略在计算效率上确实有不少的提升。针对现有DSMC方法在处理复杂外形上的劣势,本文提出使用非结构网格结合粒子追踪的方法进行模拟,并通过程序实现了本思想。本文现阶段采用结构网格生成方法,但求解时按非结构网格思想处理。网格研究是今后该程序向通用性方向发展的必要内容。本文也对DSMC方法的数值有效性进行了分析,从模拟粒子权重参数,时间步长,稳态判别等方面进行对比,提出了适当的有效判别准则。另外,本文针对DSMC在处理密度变化大的流场时所遇到的部分网格计算粒子数过大情况,提出两种解决方案:计算粒子复制删除,变时间步长,通过比较认为两种方法各有优劣。今后将结合这两种方法特点进行研究。本文虽然对DSMC方法作为高超声速流场算法进行了多项研究,但是考虑到本此研究是DSMC方法向适用范围更广方向发展的起步阶段,尚有许多不足之处需要改进。同时,作为DSMC方法在处理复杂流动情况下物理模型的改动将是下一步工作的重点。
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