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高超声速流场微观瞬态算法研究

作者：张伟 Publish: 2007-9-14 Hits:-

【中文题名】

高超声速流场微观瞬态算法研究

【英文题名】

Reseach on Microscopic and Transient Numerical Method for Hypersonic Flows

【学科专业】

流体力学

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-9-14

【中关键词】

高超声速,DSMC,高性能计算,,,

【英关键词】

HYPERSONIC,DSMC,HPC,

【分类导航】

数理科学和化学>力学>流体力学>气体动力学（可压缩流体力学）>高超音速流动>

【论文摘要】

本文通过分析高超声速流动的特点并结合现有高超声速研究的方法提出以直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法作为广泛适用于高超声速的算法,并进行研究。本文对DSMC方法的基本思想和数值模型方面进行了简单介绍。另外,对其在高超声速微观瞬态的情况下的可行性和有效性进行了定性分析,并通过理论证实该方法是对高超特点进行模拟的有效手段。考虑到DSMC方法在高密度和大范围的模拟情况下有较大的计算量,本文提出了利用高性能计算(HPC)作为提升DSMC适用范围的手段。然后对该问题进行分析并提出四种并行策略,并选择了现阶段合适的策略进行数值实验,验证了现有并行策略在计算效率上确实有不少的提升。针对现有DSMC方法在处理复杂外形上的劣势,本文提出使用非结构网格结合粒子追踪的方法进行模拟,并通过程序实现了本思想。本文现阶段采用结构网格生成方法,但求解时按非结构网格思想处理。网格研究是今后该程序向通用性方向发展的必要内容。本文也对DSMC方法的数值有效性进行了分析,从模拟粒子权重参数,时间步长,稳态判别等方面进行对比,提出了适当的有效判别准则。另外,本文针对DSMC在处理密度变化大的流场时所遇到...

【论文题纲】

摘要	2-3
ABSTRACT	3-7
第一章背景	7-12
1.1 高超声速流动的概念	7-9
1.1.1 高超声速的定义	7
1.1.2 高超声速流动特点	7-8
1.1.3 高超声速流场结构	8-9
1.2 高超声速流动的研究	9-12
1.2.1 研究高超声速流动的意义	9
1.2.2 研究高超声速流动的方法	9-10
1.2.3 高超声速流动的研究现状	10
1.2.4 本文研究内容	10-11
1.2.5 创新点	11-12
第二章 DSMC 方法解析	12-26
2.1 分子气体动力学	12-15
2.1.1 分子气体动力学概念	12-15
2.1.2 基于分子气体动力学的数值方法	15
2.2 DSMC 方法理论基础	15-26
2.2.1 Monte Carlo 方法简介	15
2.2.2 DSMC 方法的发展	15-16
2.2.3 DSMC 方法的实现细节	16-23
2.2.4 DSMC 方法与分子气体动力学关系	23-24
2.2.5 DSMC 方法的有效性	24-26
第三章 DSMC 并行化研究	26-39
3.1 HPC 的发展	26
3.1.1 硬件技术的发展	26
3.1.2 软件技术的发展	26
3.2 HPC 在DSMC 上的应用	26-39
3.2.1 并行策略选择	27-32
3.2.2 并行效率	32-39
第四章结果对比分析	39-51
4.1 计算网格	39-40
4.1.1 粒子追踪	39-40
4.2 数值有效性判断	40-48
4.2.1 稳态判别	40-42
4.2.2 模拟粒子数规模	42-46
4.2.3 时间步大小	46-47
4.2.4 网格影响	47-48
4.3 算法改进	48-51
4.3.1 粒子复制删除	48-49
4.3.2 变时间步方法	49
4.3.3 结果比较	49-51
第五章总结与展望	51-54
5.1 本文完成的内容	51
5.1.1 DSMC 方法的并行化研究	51
5.1.2 DSMC 方法在非结构网格上的实现	51
5.1.3 变计算粒子权重参数	51
5.1.4 部分物理模型改动	51
5.2 创新内容	51-52
5.2.1 并行方法的提出	51-52
5.2.2 非结构网格结合粒子追踪	52
5.3 对今后的展望	52-54
5.3.1 物理模型的选择标准	52
5.3.2 网格生成方法	52
5.3.3 计算粒子权重参数自适应	52-53
5.3.4 并行方法的探索	53-54
参考文献	54-56
缩略语	56-57
致谢	57-59

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.96982



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