Прямое моделирование Монте-Карло истечения струй из сверхзвуковых сопел в вакуум при малых числах Рейнольдса и их взаимодействия с параллельной плоской поверхностью

• Автор: Захаров, Владимир Валентинович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Метод прямого моделирования Монте-Карло
1.1 Краткая характеристика метода
1.2 Основные процедуры и модели метода
1.3 Модификации метода
1.4 Параллельный алгоритм
1.5 Выводы
2. Истечение газа в вакуум из стационарного звукового источника
2.1 Введение
2.2 Постановка задачи
2.3 Результаты моделирования и их анализ
2.4 Выводы '
3. Истечение из сверхзвуковых сопел в вакуум
3.1 Общая характеристика задачи
3.2 Постановка задачи
3.3 Результаты моделирования и их анализ
3.3.1 Истечение гелия
3.3.2 Истечение азота
3.4 Сравнение данных прямого моделирования с результатами 95 экспериментов и расчетами других авторов.
3.5 Выводы
4. Взаимодействие струи, истекающей в вакуум, с плоской 100 поверхностью параллельной оси струи.
4.1 Общая характеристика задачи
4.2. Постановка задачи
4.3 Результаты и их анализ
4.3.1 Силовое воздействие
4.3.2 Тепловое воздействие
4.4 Сравнение данных прямого моделирования с результатами 116 экспериментов и других расчетов.
4.5 Выводы
5. Исследование эффективности защиты поверхностей КЛА от
воздействия струй бортовых РД с помощью сопловых экранов
5.1 Общая характеристика задачи
5.2 Постановка задачи
5.3 Параметры, характеризующие эффективность экранирования
5.4 Результаты моделирования
5.5 Выводы
Заключение
Литература

Введение.
Диссертация посвящена исследованию методом прямого моделирования Монте-Карло (ПММК) газодинамики истечения газа из сверхзвуковых сопел в вакуум при характерных числах Рейнольдса (Не) от 1 до 104 и взаимодействия истекающих струй с прилежащими к соплу поверхностями. В работе рассмотрены струи одноатомного и двухатомного газов (гелия и азота). По объему и диапазону рассмотренных условий диссертация имеет вполне определенную прикладную направленность. Исследование, выполненное в диссертации, непосредственно связанно с задачами струйной газодинамики космических летательных аппаратов (КЛА) и включает изучение газодинамики истечения газа из сопел газовых ракетных двигателей малой тяги или микроракетных двигателей (МРД) и взаимодействия струй МРД с прилежащими поверхностями КЛА. Вместе с тем, значение темы диссертации не ограничивается указанной прикладной областью. Можно указать целый ряд других важных приложений: струйные вакуумные технологии,
газодинамические лазеры, формирование мишеней для молекулярных пучков, экспериментальные исследования неравновесных процессов и т.д. [1].
Струи, истекающие из сверхзвуковых сопел в вакуум, образуют довольно четко выраженный класс струйных течений с рядом присущих этому классу особенностей. В поле течения струи, истекающей в вакуум, ввиду расширения газа и падения плотности, на некотором расстоянии от среза сопла длины свободного пробега становятся сравнимыми с характерными размерами течения, т.е. происходит нарушение сплошности течения. В этих условиях методы и модели сплошной среды (уравнения Эйлера и Навье-Стокса) не могут быть использованы для описания всего поля течения. В областях, соответствующих переходному (по числу Кнудсена) и тем более свободномолекулярному режимам течения, необходимо описание в рамках

Моделирование протекает во времени
(по временным шагам) и всегда
воспроизводит некоторый
нестационарный процесс.
Стационарное решение, если
оно существует, достигается при
заданном начальном состоянии и
стационарных граничных условиях в
результате процесса установления за
некоторое время 4. При решении
стационарной задачи методом
установления выбор начального
состояния, вообще говоря, является
М — шаг по времени, М8 — интервал произвольным, времени ДО выборки, Лй1 —время одной
реализации, / — текущее время, п —число На входных границах, через
реализаций моделирования, г — номер
реализации. которые осуществляется приток газа,
задаются: значение потока через эту границу и функции распределения параметров (скоростей, координат и др.) для влетающих в область частиц. Граничные условия на других границах задаются в виде законов взаимодействия газа с поверхностью.
Результатами моделирования являются среднестатистические значения параметров моделирующих частиц в ячейках.
Широкое применение метода ПММК в исследованиях течений разреженного газа обусловлено рядом его очевидных достоинств: сравнительной простотой перехода от одномерных к двух- и трехмерным задачам; возможностью использования различных моделей взаимодействия частиц газа, в том числе и моделей внутренних степеней свободы молекул и химических реакций, без значительного усложнения вычислительного алгоритма.
Сициализация>
Рис. 1.1 Блок-схема алгоритма ПММК.