【摘 要】
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过去近50年的航空航天事业的迅速发展,使空气动力学作为一个重要学科,全方位突出于航空航天科学的前沿,其中稀薄气体动力学的地位尤其重要;而上个世纪末开始发展的微米/纳米
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过去近50年的航空航天事业的迅速发展,使空气动力学作为一个重要学科,全方位突出于航空航天科学的前沿,其中稀薄气体动力学的地位尤其重要;而上个世纪末开始发展的微米/纳米尺度机械,更是加重了研究稀薄气体动力学的意义.稀薄气体的流动不同于通常情况下基于连续介质模型的气体流动,用求解连续介质流动问题的N-S方程的方法来解决稀薄气体的流动换热问题至少是需要修正的,有时甚至是无效的.因而Bird在60年代提出了直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,来解决这一难题.该文对DSMC方法做了较为深入的研究,对该方法所包含的关键部分及其如何在程序中实现有较为详细的说明,如网格尺寸的选取、时间步长的确定、边界条件的处理以及各种模型选择和实现等.该文的主要工作:(1)针对流动滑移区的特性,以Couette流动为例总结了速度滑移和温度跳跃与气体稀薄程度的关系,证实了不可压缩N-S方程的局限性;(2)针对低速稀薄气体流动的模拟中速度噪音较大而湮没宏观流速的问题,作者根据DSMC方法的统计误差来源,提出了解决这一问题的方法,并验证了方法的可行性和正确性.利用该方法将流速降低为2m/s时模拟也能得到较好的结果;(3)针对微通道中亚音速气体流动边界不同于高音速和超高音速流动的特点,提出了在这一问题上新的边界处理;(4)引入作者所提出的边界处理方法,详细研究了微平行板通道中流动与换热的特性;(5)对非结构化网格在DSMC中的应用做了初步探索.
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