【摘要】：為模擬研究高溫高馬赫數(shù)下多原子氣體內(nèi)能激發(fā)對跨流域非平衡流動的影響,將轉(zhuǎn)動能、振動能分別作為氣體分子速度分布函數(shù)的自變量,把轉(zhuǎn)動能和振動能處理為連續(xù)分布的能量模式,將Boltzmann方程的碰撞項(xiàng)分解成彈性碰撞項(xiàng)和非彈性碰撞項(xiàng),同時將非彈性碰撞按一定松弛速率分解為平動-轉(zhuǎn)動能松弛過程和平動-轉(zhuǎn)動-振動能松弛過程,構(gòu)造了一類考慮振動能激發(fā)的Boltzmann模型方程,并證明了其守恒性和H定理.基于內(nèi)部能量變量對分布函數(shù)無窮積分,引入三個約化速度分布函數(shù),得到一組考慮振動能激發(fā)的約化速度分布函數(shù)控制方程組,使用離散速度坐標(biāo)法,基于LU-SGS隱式格式和有限體積法求解離散速度分布函數(shù),建立含振動能激發(fā)的氣體動理論統(tǒng)一算法.通過開展高稀薄流到連續(xù)流圓柱繞流問題統(tǒng)一算法與直接模擬蒙特卡羅法模擬結(jié)果對比分析,特別是過渡流區(qū)平動、轉(zhuǎn)動、振動非平衡效應(yīng)對繞流流場與物面力熱特性的影響機(jī)制,證實(shí)了所建立的含振動能激發(fā)的Boltzmann模型方程及氣體動理論統(tǒng)一算法的準(zhǔn)確可靠性.
[Abstract]:In order to simulate the effect of excitation of internal energy of polyatomic gases at high temperature and high Mach number on the non-equilibrium flow across a river basin, the rotational energy and vibrational energy are regarded as independent variables of the velocity distribution function of gas molecules, respectively. The rotational energy and vibrational energy are treated as a continuous energy model, and the collision term of Boltzmann equation is decomposed into elastic collision term and non-elastic collision term. Elastic collision term is decomposed into translational-rotational energy relaxation process and translational-rotational-vibrational energy relaxation process according to a certain relaxation rate. A class of Boltzmann model equations considering vibrational energy excitation are constructed and their conservation and H theorem are proved. A set of governing equations of reduced velocity distribution function considering excitation of vibration energy is obtained. The discrete velocity coordinate method is used to solve the discrete velocity distribution function based on LU-SGS implicit scheme and finite volume method. A unified algorithm of aerodynamic theory with excitation of vibration energy is established. Comparing and analyzing the results of the unified method and the direct simulation Monte Carlo method, especially the mechanism of the non-equilibrium effects of translation, rotation and vibration on the flow field around the flow field and the mechanical and thermal characteristics of the object surface, the accuracy and reliability of the Boltzmann model equation with vibration energy excitation and the unified algorithm of gas dynamics theory are verified.
【作者單位】： 中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所;中國空氣動力研究與發(fā)展中心空氣動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;國家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號:2014CB744100) 國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:11325212,91016027)資助的課題~~
【分類號】：O354

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本文編號：2204836