项目名称: 基于蒙特卡罗粒子仿真方法的高空火箭发动机气体-颗粒两相稀薄羽流的流动与辐射特性研究

项目编号: No.11272350

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 李洁

作者单位: 中国人民解放军国防科学技术大学

项目金额: 68万元

中文摘要: 当航天飞行器在气体稀薄的高空中飞行时,火箭发动机羽流中存在液态颗粒和固态颗粒,这些颗粒既对流场辐射特性起主导作用,又对航天器羽流污染分析和关键部位热负荷预估产生重要影响,为满足未来高超声速飞行器空间目标识别和突防需求,亟需精确预估高空火箭发动机气体-颗粒两相羽流的流动与辐射特性。因此,本项目针对稀薄条件下的气粒两相羽流场与辐射场,从描述粒子运动的微观层次出发,基于蒙特卡罗粒子仿真方法,研究适用于直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法的气体辐射模型,构造气体流动与辐射的DSMC-MC耦合算法,发展适用于Monte Carlo方法的颗粒辐射与动力学耦合模型,研究两相羽流场连续/稀薄混合流动分区、网格重构和算法搭建技术,实现稀薄条件下气粒两相羽流的流动与辐射传输的数值模拟,形成一套适用于高空火箭发动机的气粒两相羽流流动和辐射计算程序,为解决稀薄条件下气粒两相羽流的流动及辐射问题提供一种新的研究手段。

中文关键词: 稀薄气体;两相羽流;辐射特性;蒙特卡罗方法;

英文摘要: Rarefied gas-particle two-phase plume in which the phase of particle is liquid or solid flows from the propellant rocket of reaction control systems demanding for the maneuver and brake of hypersonic vehicles flying in the high altitude,the particulates not only impact the rarefied gas flow properties,but also make a great difference to plume radiation signature,so the prediction of the rarefied gas-particle two-phase plume flow and radiation characteristics is very important for space target recognition and penetration of hypersonic vehicles. In the microthrusters, which is used for the spacecraft such as the satellite for the attitude control, rarefied two-phase plume flow also exists, which attacts an increasing attention due to the surface contamination and heating control.The present investigation has focused on the two-phase flow in which the gas phase is continuous, and the study on the gas-particle two-phase flow in which the gas phase is noncontinuous is developing as well. Accordingly, this project aims to study the rarefied gas-particle two-phase flow and radiation characteristics. The direct simulation Monte Carlo (DSMC) method is developed for the radiation transfer of the rarefied gas,and the DSMC simulation coupled with the Monte Carlo method is performed for the rarefied gas flow and radiation.Th

英文关键词: Rarefied gas;Two-phase plume;Radiation characteristics;Monte Carlo simulation;

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