(重点阅读)气动热辐射的直接蒙特卡洛法模拟

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1、国内图书分类号：TK123国际图书分类号：621.18工学硕士学位论文气动热辐射的直接蒙特卡洛法模拟硕士研究生：付元钢导师：董士奎副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK123U.D.C:621.18DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringSIMULATIONOFAIRFLOWANDTHERMALRADIATIONUSINGDIRE

2、CTSIMULATIONOFMONTECARLOMETHODCandidate:FuYuangangSupervisor:AssociateProf.DongShikuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ThermalPhysicsEngineeringAffiliation:SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofOralExamination:July,2007University:H

3、arbinInstituteoftechnology摘要摘要直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)是近年来迅速发展起来的一种有效的计算稀薄气体非平衡流的工程计算方法。它以分子动力论为基础，从分子微观角度出发来模拟Boltzmann方程所描述的物理过程，有效的解决了包含有热化学非平衡反应及热辐射等物理化学过程在内的稀薄气体流动的问题，在稀薄气体动力学学科中获得了广泛的应用。本文采用可变硬球（VHS）模型，Larsen-Borgnakke非弹性碰撞能量交换模型模拟了圆柱绕流，获得了流场的温度、密度、压强等物理量的分布

4、情况；重点考察了一维激波结构，获得了不同马赫数下的激波位置、厚度；采用Bird的TCE化学反应模型，模拟了楔形绕流流场，再现了“真实气体”效应。通过计算不同楔角下的流场分布情况，重点分析并讨论了压力系数、热流系数的变化情况。在此基础上，本文以原子分子辐射理论为基础计算得到了流场内的辐射吸收、发射系数，研究结果为进一步求解高温非平衡气动热辐射耦合问题打下了基础。在上面论述的基础上，本文构造了含有非平衡反应的稀薄气体流动的DSMC模拟的流程图，并且对其中重要过程进行了详细的阐述。关键词：直接模拟蒙特卡洛，高超

5、音速流，化学非平衡，热辐射，吸收系数-Ⅰ-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTThedirectsimulationMonte-Carlo(DSMC)methodwasrapidlydevelopedfastdevelopmentofcomputerscienceinrecentyears.DSMCisanefficienttoolinengineeringimplicationforrarefiedgasnonequlibriumflow.BasedontheMoleculargasdynam

6、ics,DSMCsimulatesthephysicalprocedureofBoltzmannequationfromthemicroscopicaspect,thereforeitcanwellsolvetheproblemofdilutegasflowwiththermochemicalnonequlibriumreactionandheatradiation.Themethodhasbeenusedwidelyinthesubjectofgasdynamics.Inthispaper,thevar

7、iablehardsphere(VHS)modelandtheLarsen-Borgnakkemodelisemployedtosimulatethecylindricalflow,thetempture,density,pressureoftheflowfieldareobtainedintheexampleofcylindricalflow.Bythesimulationofonedimentionshockwave,wegetthepositionandthelengthoftheshockwave

8、.EmployingtheTCEchemicalreactionsmodeldevelopedbyBird,thewedgeflowissimulatedindifferentangelsandsomeusefulresultsareobtained.Inthesebasises,theradiationabsorb,emitcoefficientsintheflowfieldarecalculatedbythetheorie