一种DSMC分子仿真下的权因子预定义方法.pdf

《一种DSMC分子仿真下的权因子预定义方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报Aug252014Vo1．35No．82174—2181ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cahkxb@buaaeduCR一种DSMC分子仿真下的权因子预定义方法黄飞，沈清，程晓丽，赵波中国航天空气动力技术研究院，北京100074摘要：为提高直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法的计算效率，针对模拟初始DSMC方法中权因子难以确定的问题，通过分析权因子在DSMC方法模拟中的定义及求解方法，提出了一种DSMC分子仿真下权因子

2、的预定义求解方法，采用平板、钝锥等典型算例验证了该方法的正确性。结果表明：权因子预定义方法能够在模拟初始提前对权因子的分布特征进行预定义求解；该方法能够使得DSMC仿真时全场的仿真分子数分布更为合理，在保证计算精度的前提下减少全场的仿真分子数，节省内存，提高计算效率。关键词：DSMC；非结构网格；权因子；稀薄气体；计算效率中图分类号：V211_3文献标识码：A文章编号：i0006893(2014)08217408近年来，稀薄高超声速计算流体力学的发展分子数较小的地方仿真分子数少。在高超声速流使得数值预测方法成为高空高马赫数飞行器气动动及羽流场计算

3、中，流场的密度变化可能有几个预测的重要手段之一。在飞行器稀薄气体流动预量级，这就使得不同单元内仿真分子数配置极端测方面，过渡流预测方法的发展滞后很多，该区域不均匀，以致在不需要较多仿真分子的单元分子比较成熟的数值手段只有直接模拟蒙特卡罗数过多，而在另一些单元中仿真分子数过少，导致(DSMC)方法，它是复杂多维高超声速过渡流区过少的仿真分子数单元出现较大的统计涨落而使气体动力学研究的主要工具口]。DSMCE方法得宏观物理量失去真实的物理意义，尤其是物面的基本要点可以简述成：用有限个仿真分子代替小尺寸网格中的分子数将严重影响着气动特性的真实气体分子，

4、并在计算机中存储仿真分子的位计算结果。研究表明l3]，为了保证模拟精度，每个置坐标、速度分量以及内能，其值随仿真分子的运网格中的仿真分子数要尽可能地保证一定数量动、与边界的作用以及仿真分子之间的碰撞改变，(至少为1O～2O个左右)，这就需要采用变权因子最后通过统计网格内仿真分子的运动状态实现对方法，并且此权因子必须在满足模拟精度的前提真实气体流动的模拟。下保证全场分子的合理分布。然而，权因子需要由于DSMC方法采用有限个仿真分子代替根据局部流场密度进行定义才能保证以上仿真分大量的真实分子，其权因子可以看做是一个仿真子的模拟条件，这种基于局部密度的

5、权因子在模分子所代表的真实分子数，因此每一网格中的仿拟初始是不可能给定的。Sun等_4在DSMC模真分子数与权因子成反比。若在全场每一网格中拟分析中主要采用了一种基于体积的权因子方采用同一权因子，则在模拟过程中局部流场真实法，并就权因子的影响进行了分析。Burt和收稿日期：2013—11—04；退修日期：2013—12—09；录用日期：2014—02．10；网络出版时间：2O14—030512：38网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／107527／S1000—689320130536．htmI*通讯作者Tel：010-6

6、8742752E-mail：Cheng—xiaoli@sinacom}

7、角格武

8、HuangF．ShenQ，OhengXL．eta1．AnewpredefinedmethodofparticleweightinDSMCmolecularsimulation[J]ActaAero．nauticaetAstronauticaSinica，2014，35(8)：2174-218

9、黄飞，沈清，程晓丽．等一种DSMC分子仿真下的权圈子预定义方法航空学掇．2o14．35(8)：2174-2181黄飞等：一种DSMC分子仿真下的权因子预定义方法Boyd基于统计方

10、法给出了一种变权因子的计b一3H／(2)算方法，其实现起来相对较为复杂且受统计涨落式中：H一23V／4为非结构四面体网格的等影响较大。国内关于DSMC模拟技术的工作主效特征尺寸；V为网格体积。要集中于InformationPreservation(IP)方法l_7]、为了方便近似求解权因子，可将单元中的分子并行算法[8]、位置元方法]、网格处理口及LD—数进行等效，采用准一维近似处理，三维结果可通DSMC(LowDiffusionDirectSimulationMonte过适当调节自定义参数m近似得到。在分析时可Carlo)l】等方面，尚未发现关

11、于权因子方面的研定义每个网格单元计算模拟中需保证的分子数为究报道。k===bim(3)综上分析可以发现，权因子在DSMC模拟中式中：m为