Компьютерное моделирование аэродинамики воздушно-космических аппаратов с учетом особенностей взаимодействия молекулярных потоков с поверхностью

• Автор: Зея Мьо Мьинт
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава 1. Физические и математические модели кинетической теории

газов, удобные при аэродинамических расчетах.

1.1. Молекулярная структура газов

1.2. Модели взаимодействия молекул.

1.3. Математическое описание модели взаимодействия молекул

газа с поверхностью

1.3.1. Модель Максвелла

1.3.2. Модель ЧсрчиньяниЛамписЛорда

1.3.3. Модель Ночиллы

1.3.4. Модель ЛеннардаДжонса
1.4. Столкновение частиц.
1.5. Длина свободного пробега
1.6. Модели элементарной кинетической теории.
1.7. Математическое моделирование движения системы
многих частиц
1.8. Математическое моделирование взаимодействия молекул
с твердыми поверхнос тями
1.9.1 рименснис кинетических моделей к расчету течений
разреженного газа
Глава 2. Методы и алгоритмы МонтеКарло.
2.1. Основные уравнения и подходы методов МонтеКарло
в вычислительной аэродинамике
2.1.1. Общая схема метода МонтеКарло
2.1.2. Методы МонтеКарло в вычислительной аэродинамике.
2.1.3. Основные уравнения динамики разреженного газа и подходы к построению статистических методов
2.1.4. Связь стационарного статистического моделирования
и решения кинетического ураинения.
2.1.5. Построение метода прямого статистического моделирования
2.1.6. Процедура методов МонтеКарло для моделирования течений разреженного газа и сплошной среды.
2.1.7. Построение алгоритма метода МонтеКарло
2.1.8. Верификация метода МонтеКарло.
2.2. Описание методики расчета аэродинамических характеристик
2.2.1. Методика описания поверхности
2.2.2. Методика расчета аэродинамических характеристик летательных аппаратов в условиях свободномолекулярного обтекания
2.2.3. Инженерная локальная методика расчета АДХ
в переходном режиме.
2.2.4. Описание программы расчета определения аэродинамических характеристик воздушнокосмических систем.
Глава 3. Использование предложенных моделей, статистических численных схем и набора программ для определения аэродинамических характеристик воздушнокосмических систем.
3.1. Результаты расчета АДХ В КА по локальной методике при различных числах Рейнольдса
3.2. Результаты расчета АДХ ВКА по методу МонтеКарло в свободномолскулярном режиме при различных моделях взаимодействия газа с поверхностью
Заключение.
Список литературы


Наиболее простым и эффективным методом расчета является статистическое моделирование, впервые примененное для подобных задач в []. Больцмана. В частности, может быть использована модель первых столкновений [5, ]. В этом случае эффект межмолекулярных столкновений можно считать малым, и главную роль по-прежнему шрает закон взаимодействия газа с поверхностью. С уменьшением разреженности среды возникает необходимость учитывать столкновения молекул друг с другом в полной мере. В задачу включается потенциал межмолекулярных взаимодействий, течение газа описывается полным уравнением Больцмана. Решение уравнения Больцмана при малых числах Кнудсена, особенно для сложных тел - задача чрезвычайно трудоемкая. В этой связи естественным является появление и развитие инженерных методов, обоснованных совокупным материалом экспериментальных, теоретических и численных результатов, дающих возможность предсказания аэродинамических характеристик сложных тел в переходном режиме [, ]. Метод основан на гипотезе локальности, предполагающей, что поток импульса на элемент поверхности определяется местным углом его наклона к набегающему потоку, независимо от формы тела. Обработка экспериментальных данных показывает, ч го точность теории локального взаимодействия вполне приемлема для инженерных расчетов аэродинамических характеристик широкого класса тел на этапе предварительного проектирования. Актуальность этого направления подтверждается появлением работ по развитию инструментов параметрического определения аэродинамических характеристик различных классов тел: «МАЯК-ГУ», «Высота», «АРГОЛА-2». Непрерывное появление новых экспериментальных, теоретических и расчетных данных требует постоянной модернизации алгоритмов и программ. Объектом исследовании являются физические и математические модели, численные методы, алгоритмы и программы, применяемые для расчета АДХ В КА. Целью настоящей работы является разработка физико-математических моделей, алгоритмов и комплексов компьютерных программ для моделирования обтекания ВКА реалистичной формы высокоскоростным потоком газа, комплексное исследование влияния значимых факторов на ЛДХ ВКА в свободномолекулярном, переходном и сплошносредном режимах, результаты которого могут быть использованы для совершенствования моделей, методов, алгоритмов и программ. Монте-Карло) для моделирования обтекания ВКА произвольной формы на различных режимах; 3) выяснении качественного и количественного влияния на ЛДХ ВКА в свободномолекулярном режиме: температурного фактора, параметров аккомодации, модели взаимодействия газа с поверхностью, многократности соударений молекул с поверхностью; 4) выяснении качественного и количественного влияния числа Рейнольдса на АДХ ВКА в переходном и сплошносредном режимах обтекания. Достоверность результатов подтверждается сопоставлением полученных данных с результатами расчетов других авторов и экспериментальными данными, решением верификационных задач. Научная и практически ценность исследований определяется возможностью их использования для совершенствования моделей взаимодействия газа с поверхностью, пригодностью методики и комплекса программ для предварительного проектирования ВКА. Математическое описание моделей взаимодействия молекул газа с поверхностью реального ВКА (модели Максвелла, Ночиллы, Черчиньяни-Ламлис-Лорда). Физическая и математическая модели взаимодействия газов с поверхностью, использующая электронно-ядерные представления (Лен нарда-Джонса). Алгоритм и комплекс компьютерных программ анализа АДХ ВКА в свободномолекулярном режиме по методу прямого статистического моделирования (Монте-Карло). АДХ ВКА в свободномолекулярном режиме, переходном и сплошносредном режимах обтекания но локальной методике. АДХ ВКА в свободномолекулярном режиме: температурного фактора, параметров аккомодации, предложенных пунктах 1 и 2 моделей взаимодействия газа с поверхностью. АДХ ВКА числа Рейнольдса и температурного фактора в переходном и сплошносредном режимах. XLVII Научная конференция МФТИ (Жуковский, ). LII Научная конференция МФТИ (Жуковский, ). Володарского Моск. L1II Научная конференция МФТИ (Жуковский, ).