基于N-S/DSMC耦合算法的喷管跨流域流动模拟

发布时间：2024-02-24 16:17

　　随着我国军事和宇航任务的发展,各类航天器对提供极低推力的微型推进器的需求日益增加,微喷管作为微推进器的关键组成部分,主要是通过对气体的流动控制实现航天器的轨道机动和特殊姿态控制等。根据气体流动稀薄程度的不同,可以将流动区域分为:高密度的连续流区,极低密度的自由分子流区和介于两者之间的过渡区。一般情况下微喷管内部流动会出现同时跨越几个流动区域的现象,其中非连续流区的流动会存在着明显的稀薄效应,除此之外,微喷管尺度小,气体工质的粘性效应对微喷管的性能和推进效率有着较大的影响,因此微喷管流动特性的研究对微型空间推进器及微机电(MEMS)动力系统的设计和性能改进具有重要的意义。本文分别采用基于连续介质法的Navier-Stokes方程和基于分子动力学的直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)对跨流域问题展开研究,开发出基于有限体积法的的N-S方法计算程序和基于贴体网格的DSMC计算程序。结合基于通量的弱耦合信息传递机制,开发出混合算法的核心功能模块:连续失效判断模块、网格区域划分模块、信息传递模块和数据存储模块,从而实现基于贴体网格的N-S/DSMC的双向耦合算法,在保证对稀薄流动计算准确性的基础上,提...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1NASA/Goddard开发的MEMS单组分推进器示意图

第1章绪论第1章绪论景及意义(MEMS)系统的发展与成熟，微纳米卫星逐渐成为低成统作为微纳米卫星关键系统之一，如现有MEMS单组要通过微喷管对流动的控制实现卫星的轨道机动、特殊度小，且外部环境接近真空环境，因此准确高效预测流场力）对空间飞行器的设计（导航、控制和热防护....

图1.1数学模型上的流动分区[2]

图1.1数学模型上的流动分区[2]空间技术的不断发展，航天器对于轨道机动、特殊姿态控制的精推进装置内部气体工质的工作过程也不仅仅只属于上述单独的多种流动区域共存的现象，因此仅使用求解连续流方法会导致数使用纯DSMC方法计算跨流域问题太费时，所以这类问题会朝相耦合的方式发....

图1.2本文研究内容逻辑图

图1.2本文研究内容逻辑图论文基于VisualStudio2017程序开发平台进行开发，通过Fortran90语言进行程序编写，结合耦合理论实现跨流域流动N-S/DSMC混合算法，最终对微喷管的内流以及外部羽流进行研究，具体的研究内容如下：1、对连续介质方法展....

图2.1网格与控制体示意图

哈尔滨工程大学硕士学位论文计算区域划分为一系列不重复的控制体积，每一个控制体积都有一，将待求的守恒型微分方程在任一控制体积及一定时间间隔内在空间用积分平均的思想将积分方程作简单处理；待求函数及其导数对时间及空间的变化型线或插值方式作出假设；步骤a中各项按选定的型线作出积分并整....

本文编号：3909277