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微流体流动中的分子模拟技术 被引量:1
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作者 李萌萌 贾建援 《航空计算技术》 2005年第1期30-33,37,共5页
综述了研究微流体流动的几种分子模拟方法:分子动力学方法,直接模拟MonteCarlo方法以及IP方法。主要介绍了各种模拟方法的基本原理、模拟的基本步骤、势函数、有限差分算法以及周期性边界条件。并指出了各种模拟方法的优缺点。
关键词 微流体流动 分子动力学模拟 直接模拟monte carlo法 IP方法
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微尺度流动研究的简要综述 被引量:10
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作者 孙江龙 吕续舰 +1 位作者 郭磊 杨侠 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期502-508,共7页
显微机械加工技术和微机电系统研究的发展为微尺度流动研究开辟一个全新的领域。微观尺度下表现出来的大表面积体积比、表面效应、稀薄性和可压缩性等问题,表明微尺度流体流动所基于的物理因素与宏观尺度下是不同的。目前,微尺度流体流... 显微机械加工技术和微机电系统研究的发展为微尺度流动研究开辟一个全新的领域。微观尺度下表现出来的大表面积体积比、表面效应、稀薄性和可压缩性等问题,表明微尺度流体流动所基于的物理因素与宏观尺度下是不同的。目前,微尺度流体流动应用技术的发展速度已经远远超过其本身机理的研究,文中对微尺度流体流动的有关研究进行阐述,为其本身机理的进一步深入研究提供参考。 展开更多
关键词 微尺度 表面效应 努森数 分子动力学 直接模拟monte Carlo
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喷淋孔结构流体动力学特性研究 被引量:2
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作者 王春财 程嘉 +1 位作者 路益嘉 季林红 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1500-1506,共7页
喷淋板通常用在化学气相沉积等真空腔室中,其流体动力学特性是决定真空腔室性能的关键因素之一。本文利用自主开发二维直接模拟Monte Carlo模拟程序对单个不同形状喷淋孔结构中性气体流场进行了数值仿真研究;讨论了七种不同单个喷淋孔... 喷淋板通常用在化学气相沉积等真空腔室中,其流体动力学特性是决定真空腔室性能的关键因素之一。本文利用自主开发二维直接模拟Monte Carlo模拟程序对单个不同形状喷淋孔结构中性气体流场进行了数值仿真研究;讨论了七种不同单个喷淋孔结构的速度场、压力场和温度场分布情况。中性参考气体为氩气,固定入口压力200 Pa、温度300 K。结果表明,喷淋孔入口或出口形状影响腔室的工艺性能;而将喷淋孔入口和出口均设计成锥形,则腔室内流场分布较为理想。研究成果为喷淋板设计提供直接参考,同时对化工、热处理、光伏电池制造等领域中腔室部件的研发具有重要意义。 展开更多
关键词 真空腔室 喷淋板 直接模拟monte Carlo 结构设计
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微纳多孔结构中稀薄气体流动渗透率的解析型预测模型
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作者 杨光 程鑫 +3 位作者 王峥 王晔 张良俊 吴静怡 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2895-2901,共7页
针对多孔结构内气体表观渗透率受稀薄效应的影响而显著高于其固有渗透率的现象,从孔隙尺度流线的几何拓扑特性出发,提出了利用固有渗透率、孔隙率、弯曲度和收缩-扩张因子来表示多孔结构的有效孔隙尺寸的方法,并将该有效孔隙尺寸与经典... 针对多孔结构内气体表观渗透率受稀薄效应的影响而显著高于其固有渗透率的现象,从孔隙尺度流线的几何拓扑特性出发,提出了利用固有渗透率、孔隙率、弯曲度和收缩-扩张因子来表示多孔结构的有效孔隙尺寸的方法,并将该有效孔隙尺寸与经典的稀薄气体管道流动模型相结合,理论推导出一种新的多孔结构稀薄气体渗透率模型。利用该模型,可以在孔隙几何结构和物性状态已知的条件下对气体的表观渗透率进行预测。随后,通过高精度的直接模拟Monte Carlo方法(DSMC)对提出模型的准确性进行验证。通过对Knudsen数在0.01~10范围、孔隙率在0.17~0.90范围、不同气体工质以及多种有序性孔隙形式下的气体流动过程进行数值模拟表明,所提出的理论模型与模拟数据的平均偏差小于10%。 展开更多
关键词 多孔结构 稀薄气体 渗透率 有效孔隙尺寸 直接模拟monte Carlo方法
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微通道内气体流动的三维效应
5
作者 王沫然 李志信 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期840-842,共3页
本文使用直接模拟Monte carlo法对三维直微通道内的气体流动进行了数值模拟,对比了不同截面形状的通道 不同驱动压差的情况,探讨了截面形状对微通道内气体流动三维效应的影响以及三维效应对流量-压差关系的影响。
关键词 三维效应 微气体流动 直接模拟monte Carlo
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高空发动机逆向喷流诱导的非定常流动DSMC仿真
6
作者 吴俊林 李中华 +2 位作者 彭傲平 李埌全 梁杰 《气体物理》 2023年第5期38-45,共8页
逆向发动机常用于对飞行器进行减速或分离。为研究高空稀薄条件下逆向发动机喷流和自由来流的相互作用,构建了由两个逆向喷流和高超声速自由来流相互干扰形成的稀薄流场。通过直接模拟Monte Carlo(direct simulation Monte Carlo,DSMC)... 逆向发动机常用于对飞行器进行减速或分离。为研究高空稀薄条件下逆向发动机喷流和自由来流的相互作用,构建了由两个逆向喷流和高超声速自由来流相互干扰形成的稀薄流场。通过直接模拟Monte Carlo(direct simulation Monte Carlo,DSMC)仿真发现在稀薄来流条件下会形成大面积相互干扰区,且该干扰区存在严重非定常流动现象。初步分析认为,该干扰区的范围和非定常演化过程与自由来流动能和逆向发动机喷流流量紧密相关。 展开更多
关键词 稀薄非定常现象 逆向喷流 高空 直接模拟monte Carlo方法 大范围干扰区
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二维非结构网格DSMC方法的实现及其应用 被引量:8
7
作者 王学德 伍贻兆 夏健 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期704-707,共4页
研究了非结构网格 DSMC方法实现的过程 ,将 Bird位置元方案中的子网格思想引入到非结构网格上来 ,只存储子网格的总体标识号 ,做到了利用较少的计算网格提高分子的分辨率和计算精度 ;提出了将面积元坐标搜索算法与交替数字二叉树搜索算... 研究了非结构网格 DSMC方法实现的过程 ,将 Bird位置元方案中的子网格思想引入到非结构网格上来 ,只存储子网格的总体标识号 ,做到了利用较少的计算网格提高分子的分辨率和计算精度 ;提出了将面积元坐标搜索算法与交替数字二叉树搜索算法 (ADT)相结合来跟踪模拟分子在网格之间的迁移 ;使用 ADT方法判别分子与物面是否相交 ,节约了计算时间 ;最后对过渡流域高超声速绕流进行了数值试验 ,结果表明这种方法的可行性、高效性及算法的通用性。 展开更多
关键词 非结构网格 直接物理模拟 monte—Carlo直接模拟 monte—Carlo方法
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高超声速圆柱绕流中驻点热流的稀薄效应
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作者 李宪开 张志雨 +2 位作者 何淼生 朱斌镔 柳军 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期180-186,共7页
采用Fay-Riddell关系式、直接模拟Monte Carlo方法和基于直接模拟Monte Carlo流场温度的Fourier传热三种热流表达方式,分别对比研究了不同来流克努森数(Kn)和不同来流马赫数(Ma)的结果,以期从微观视角给出经典连续方法在稀薄流区高估驻... 采用Fay-Riddell关系式、直接模拟Monte Carlo方法和基于直接模拟Monte Carlo流场温度的Fourier传热三种热流表达方式,分别对比研究了不同来流克努森数(Kn)和不同来流马赫数(Ma)的结果,以期从微观视角给出经典连续方法在稀薄流区高估驻点热流的新理解。结果表明,驻点热流的稀薄效应体现在三个方面:一是温度跳跃,削弱温度梯度导致驻点热流降低;二是壁面附近平动非平衡,导致Fourier热传导定律失效且高估热流;三是壁面约束,致使Fourier热传导定律在距壁面3倍分子平均自由程内高估热流。 展开更多
关键词 驻点热流 稀薄效应 直接模拟monte Carlo 平动非平衡
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稀薄滑移流区超高速非矩形防热瓦缝隙流动结构和热环境的数值模拟
9
作者 靳旭红 姚雨竹 +1 位作者 程晓丽 周靖云 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期320-328,共9页
为了量化高超声速飞行器表面防热瓦缝隙的局部压力和热载荷,采用直接模拟Monte Carlo(direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法模拟了稀薄滑移流区的防热瓦缝隙流动,考虑3类缝隙外形,即标准矩形缝隙、前部较浅缝隙和后部较浅缝隙,获得... 为了量化高超声速飞行器表面防热瓦缝隙的局部压力和热载荷,采用直接模拟Monte Carlo(direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法模拟了稀薄滑移流区的防热瓦缝隙流动,考虑3类缝隙外形,即标准矩形缝隙、前部较浅缝隙和后部较浅缝隙,获得缝隙底部形状变化对缝隙内部流动特征、缝隙表面压力和热环境的影响规律。结果表明:缝隙底部形状的变化几乎不影响缝隙顶部及其附近的流场,包括流线样式、涡核位置、分离/再附处的密度分布,从而对缝隙下游侧面顶部表面压力和热流的影响也可以忽略。然而,相对于标准矩形缝隙,缝隙前部或后部变浅都会导致其底面热流变大,尤其是缝隙后部变浅甚至会使得底面的峰值热流增大近100倍。防热瓦缝隙底面一般直接就是飞行器表面,在航天器防热设计中,应特别注意这类缝隙后部较浅情况下的底面压力和热载荷。 展开更多
关键词 稀薄流 滑移流 高超声速 凹腔 直接模拟monte Carlo(DSMC)
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稀薄流区高超声速飞行器表面缝隙流动结构及气动热环境的分子模拟 被引量:12
10
作者 靳旭红 黄飞 +1 位作者 程晓丽 王强 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期201-209,共9页
针对高空稀薄流区的高超声速飞行器表面缝隙或缺陷结构导致的局部气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了70、75、80km和90km等4个飞行高度下稀薄流区高超声速缝隙流动问题,考虑稀薄气体效应和三维效应对缝隙内部流场结... 针对高空稀薄流区的高超声速飞行器表面缝隙或缺陷结构导致的局部气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了70、75、80km和90km等4个飞行高度下稀薄流区高超声速缝隙流动问题,考虑稀薄气体效应和三维效应对缝隙内部流场结构和热流的影响。结果表明:上述飞行高度下,外部流动的分离和再附在缝隙内部形成一个充满腔体的单涡结构;稀薄气体效应对缝隙内部流动结构和壁面热流影响明显,随着高度的增加,主涡涡心上移,其形状逐渐变得"扁长",右上角逐渐变尖,热流越来越集中分布于缝隙下游侧面的顶部区域;三维缝隙效应阻碍来流气体分子进入缝隙,导致主涡涡心上移,二维缝隙假设会高估缝隙表面的热流。 展开更多
关键词 稀薄气体 表面缝隙 方腔 高超声速 三维效应 直接模拟monte Carlo
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气固相互作用对吸气式电推进系统进气道性能的影响 被引量:3
11
作者 周靖云 靳旭红 +1 位作者 程晓丽 艾邦成 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1536-1546,共11页
针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟,考虑气固相互作用(GSI)模型对进气道内流特征、进气道收集和压缩性能的影响,并从气体动理论... 针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟,考虑气固相互作用(GSI)模型对进气道内流特征、进气道收集和压缩性能的影响,并从气体动理论的角度阐明了其作用机理。结果表明:GSI模型对进气道的压缩和收集性能具有巨大的影响,适应系数的降低即GSI中镜面反射比例的升高,能显著提高压缩因子和收集效率,适应系数从1.0降低到0.2使得压缩因子增大7倍多,收集效率增大将近4倍。适应系数的降低能有效增大进气道压缩因子和收集效率的机制是气体分子在内凹型压缩段壁面发生镜面反射之后汇聚通过焦点,进入电离加速段。上层大气层吸气式电推进系统的进气道应该采取几何外形/表面材料相互耦合的设计思路:既采用内凹型压缩段的进气道,更需要通过材料选取或表面加工降低GSI适应系数,使得GSI尽量接近镜面反射。 展开更多
关键词 上层大气层 稀薄气体流动 低密度气体流动 进气道 直接模拟monte Carlo(DSMC)方法
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喉部形状设计对微喷管内流动及性能的影响 被引量:2
12
作者 刘赵淼 张谭 逄燕 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2279-2284,共6页
采用连续介质方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法数值模拟研究了喉部宽度为34μm的二维Laval型微喷管内流场的流动状况.设计了三种不同喉部形状的微喷管:尖角型、圆角型和平角型.计算分析了喉部形状、扩张比等方面对流场结构及推进性... 采用连续介质方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法数值模拟研究了喉部宽度为34μm的二维Laval型微喷管内流场的流动状况.设计了三种不同喉部形状的微喷管:尖角型、圆角型和平角型.计算分析了喉部形状、扩张比等方面对流场结构及推进性能的影响.研究发现,圆角型微喷管的综合性能最优,平角型微喷管具有较大的比冲效率;适当增大扩张比能提高微喷管的性能. 展开更多
关键词 微喷管 喉部形状 推进性能 连续介质 直接模拟monte Carlo(DSMC) 数值模拟
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稀薄气体高超声速流动的非结构DSMC并行化计算 被引量:3
13
作者 李学东 王保国 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期64-67,共4页
采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球(VHS)分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟... 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球(VHS)分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo(DSMC)源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。 展开更多
关键词 直接模拟monte—Carlo方法 高超声速绕流 稀薄气体流动 非结构网格 并行算法
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Maxwell气固相互作用模型对稀薄高超声速凹腔绕流流动特征和热环境的影响 被引量:6
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作者 靳旭红 黄飞 +1 位作者 程晓丽 苏鹏辉 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期162-172,共11页
针对高空航天飞机等再入飞行器表面缺陷或防热瓦缝隙导致的局部压力过高和气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了飞行高度为80km的稀薄流区高超声速凹腔绕流问题,考虑气固相互作用(GSI)模型对凹腔流场特征和表面压力、... 针对高空航天飞机等再入飞行器表面缺陷或防热瓦缝隙导致的局部压力过高和气动加热问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法研究了飞行高度为80km的稀薄流区高超声速凹腔绕流问题,考虑气固相互作用(GSI)模型对凹腔流场特征和表面压力、热流的影响。结果表明:稀薄流条件(80km)下,GSI为完全漫反射时,在凹腔前缘分离的剪切层再次附着在后缘,在凹腔内部形成一个充满腔体的单涡结构;随着GSI从完全漫反射向镜面反射变化,气体与凹腔表面之间的切向动量交换减弱,即黏性剪切作用减弱,外部气流被卷入凹腔的程度减弱,导致涡结构不断减小直至消失,凹腔底部逐渐出现所谓的"死水区"。与完全漫反射相比,镜面反射或近镜面反射会导致凹腔上游侧面的峰值压力和峰值热流以及下游侧面的峰值压力剧烈增大,在飞行器设计中,应特别留意上述表面的压力载荷和热载荷。 展开更多
关键词 稀薄气体 气固相互作用 凹腔 高超声速 直接模拟monte Carlo(DSMC)
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