过渡区侧向喷流干扰的并行DSMC数值模拟研究  被引量:17

Parallel DSMC Simulation of Lateral Jet Interaction in Rarefied Transitional Region

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作  者:梁杰[1] 阎超[1] 杨彦广[2] 杜波强[2] 

机构地区:[1]北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083 [2]中国空气动力研究与发展中心,绵阳621000

出  处:《宇航学报》2011年第5期1012-1018,共7页Journal of Astronautics

摘  要:在高空低密度环境,空间飞行器的控制面效率下降较快,反作用控制系统(RCS)作为改变飞行姿态或轨道的直接力系得到大量应用,为了精确预测高空RCS喷流与稀薄大气的干扰效应,本文建立了直角与表面非结构网格混合结构的DSMC数值算法以及网格自适应算法,保证了碰撞分子是在自适应后的亚网格内选取,提高了计算精度。采用静态随机负载平衡技术构建了并行DSMC代码,计算分析了不同压比条件下的三维平板模型侧向喷流与稀薄大气的干扰流场。计算的复杂流场结构和表面流动特征、分离长度与低密度风洞试验有较好的一致性。在保持来流参数不变的情况下,喷流干扰区的分离长度及喷流透射高度随着喷流压比的增大而增大。随着来流稀薄度的增加,来流对喷流的影响越来越弱,而喷流自身的影响区域却越来越大。A hybrid grid structure DSMC method with Cartesian coordinate meshes and surface unstructured triangular cells is presented for accurately predicting the effects of RCS jet interaction with rarefied atmosphere.The adaptative algorithm ensures the molecular pairs selected in the smallest sub-cells to enhance the space accuracy.The parallel DSMC code with a static random load balancing(BL) technique is used to simulate the lateral jet interaction flowfield of three-dimensional plat plate model in different pressure ratio.The present BL strategies have a preferable speedup and parallel efficiency with a small number of processors.The calculated results of complicated flow structures and surface separation characters have a good agreement with a low density wind tunnel experiment.Under the condition of fixing incoming stream parameters,the separation distances and jet penetrate height in the interacting region increase with nozzle exit pressure ratio.For more and more rarefied atmosphere,the incoming stream has less effects and jet itself affecting region extending much larger.

关 键 词:喷流干扰 流动分离 稀薄气体 DSMC方法 并行计算 

分 类 号:V211.3[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]

 

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