论文摘要：高超声速直接模拟Monte Carlo 算法

求解航天器过渡区气动力、气动热问题是现代航天技术关注的焦点之一。DSMC方法是迄今为止数值模拟航天器再入过渡区稀薄气体动力学的有效方法。但在过渡区与滑流区连接处，DSMC方法的结果与连续流的模拟结果不能很好地衔接。本项工作在现有DSMC方法的基础上计入三体碰撞，建立了适用于模拟稀薄过渡区流场的算法及其软件。 本论文首先以Agbormbai的多体碰撞模型为起点，导出了适用于DSMC方法的三体碰撞模型。其次，基于多级直角网格位置元DSMC方法建立了模拟三维定常绕流流场的算法。在分子碰撞对的抽样法上引用了Bird提出的非时间计数器(NTC)方法，并对该方法进行了适当的改进，使之适用于二、三体碰撞模型。对分子与物面相互作用的处理，采用了镜面反射模型和漫反射模型；在表面的描述上引用了沈青等的表面元方法, 但不同的是以面积加权法确定其法线的方向余弦。最后，根据所建立的算法，研制了可以模拟近连续流区的三维绕流流场的计算软件。 为了验证对所构造的模型及其算法，模拟了三维定常圆球绕流场，并分析了流场的气动特性。通过与已有的试验数据和仅计及二体碰撞的DSMC计算结果的对比，分析了引入三体碰撞模型的合理性。计算结果表明，所建立的算法可提高DSMC方法在近连续流区的计算精度。