热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究

计算物理 ›› 2008, Vol. 25 ›› Issue (2): 139-144.

热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究

叶品^1,2, 钟诚文¹

1. 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室, 陕西西安 710072;
2. 中国空空导弹研究院总体部, 河南洛阳 471009

收稿日期:2006-10-10 修回日期:2007-04-09 出版日期:2008-03-25 发布日期:2008-03-25
作者简介:叶品(1981-),男,浙江上虞,硕士生,从事理论与计算流体力学方面的研究,西北工业大学航空学院710072.

DSMC-ME Method for Thermo-chemical Non-equilibrium Gas Flows

YE Pin^1,2, ZHONG Chengwen¹

1. National Key Laboratory of Aerodynamics Design and Research, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China;
2. China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China

Received:2006-10-10 Revised:2007-04-09 Online:2008-03-25 Published:2008-03-25

摘要/Abstract

摘要： 将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采用传统的Larsen-Borgnakke唯象论模型模拟碰撞分子内能的激发与松弛;对分子间反应碰撞,采用最大熵模型模拟分子间的化学反应和能量交换.通过模拟高空高超声速绕圆柱和低密度高焓绕钝头锥体流动,并与DSMC算法和HEG实验结果比较,论证了DSMC-ME算法的有效性.

关键词: 最大熵(ME), DSMC, 非平衡, 化学反应

Abstract: For the simulation of thermochemical non-equilibrium gas flows by direct simulation Monte Carlo(DSMC), a model based on maximum entropy (ME) is developed to calculate reaction probability and post reaction energy disposal. For non-reacting collisions, a generalized Larsen-Borgnakke method is employed for energy exchange. For reacting collisions, ME method is employed for energy exchange and chemical reaction. Hypersonic gas flow around a cylinder in high altitude and gas flow around a blunted cone of low density and high entropy are simulated and compared with results of DSMC method and HEG wind-tunnel data. The DSMC-ME is demonstrated reliable.

Key words: maximum entropy (ME), direct simulation Monte Carlo, non-equilibrium, chemical reaction

中图分类号:

V211.3

叶品, 钟诚文. 热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究[J]. 计算物理, 2008, 25(2): 139-144.

YE Pin, ZHONG Chengwen. DSMC-ME Method for Thermo-chemical Non-equilibrium Gas Flows[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2008, 25(2): 139-144.

[1]	魏志超, 王能平. 介质中双缺陷电荷对碳纳米管场效应晶体管量子输运特性的影响[J]. 计算物理, 2020, 37(3): 352-364.
[2]	李诗尧, 于明. 一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法[J]. 计算物理, 2019, 36(5): 505-516.
[3]	苏永元, 李洁, 范正磊. 圆筒内氢等离子体非定常化学反应羽流场DSMC分析[J]. 计算物理, 2019, 36(5): 533-541.
[4]	张玉东, 许爱国, 张广财, 祝成民. 一个高效的离散Boltzmann爆轰模型[J]. 计算物理, 2016, 33(5): 505-515.
[5]	雷体蔓, 孟旭辉, 郭照立. 多孔介质中化学反应对非等粘流体混合过程影响的格子Boltzmann研究[J]. 计算物理, 2016, 33(4): 399-409.
[6]	雷体蔓, 孟旭辉, 郭照立. 微通道内反应流体粘性指进的数值研究[J]. 计算物理, 2016, 33(1): 30-38.
[7]	李俊红, 潘宏禄, 程晓丽, 沈清. 标模外形化学非平衡流场数值模拟[J]. 计算物理, 2015, 32(4): 395-402.
[8]	贺永翔, 刘昕, 赵海波. 气体动力学直接模拟Monte Carlo的高效GPU并行计算[J]. 计算物理, 2015, 32(2): 169-176.
[9]	王伟, 张露, 李娜, 杨晓, 张婷, 岳工舒. 欠叠异质栅纳米碳管场效应管的量子输运特性[J]. 计算物理, 2015, 32(2): 229-239.
[10]	苗文博, 黄飞, 程晓丽, 俞继军. 再入飞行器等离子体预测与气体组分相关性[J]. 计算物理, 2015, 32(1): 27-32.
[11]	王伟, 高健, 张婷, 张露, 李娜, 杨晓, 岳工舒. 三材料线性掺杂石墨烯纳米条带场效应管性能[J]. 计算物理, 2015, 32(1): 115-126.
[12]	徐丹, 曾明, 张威, 柳军. 采用态-态模型的热化学非平衡喷管流数值研究[J]. 计算物理, 2014, 31(5): 531-538.
[13]	蒋新宇, 李志辉, 吴俊林. 气体运动论统一算法在跨流域转动非平衡效应模拟中的应用[J]. 计算物理, 2014, 31(4): 403-411.
[14]	张胜涛, 陈方, 刘洪. 高超声速飞行器气动热环境的化学非平衡效应数值研究[J]. 计算物理, 2014, 31(1): 33-43.
[15]	柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣. 硅纳米结点电子输运性质的计算[J]. 计算物理, 2013, 30(6): 943-948.