直接模拟蒙特卡罗方法在微通道流动模拟中的应用

直接模拟蒙特卡罗方法是一种求解稀薄气体流动换热新的数值方法。本文采用该方法对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的三个微通道内的流动进行了数值模拟,给出了通道内速度、压力及局部阻力系数的变化曲线.为了表明通道横纵比对流动的影响,还对每个算例在不同的横纵比下进行了比较。结果表明,微通道内的流动特性不仅与Kn数有关,而且与通道的横纵比也有很大的关系。

直接模拟蒙特卡罗方法的并行方案设计

针对直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的特点,提出了3种DSMC程序的并行方案.同时,对3种并行方案各自的优缺点进行了论述,并选择了各节点间程序相关性最小的并行方案,将其应用于稀薄气体二维微通道问题的求解.结果表明,串行程序与并行程序的计算结果完全吻合,并且得到了较高的并行效率,且并行效率随节点数的变化并非单调,而是有一个峰值.

微管道气体流动的蒙特卡洛直接模拟

采用蒙特卡洛直接模拟 (DSMC)方法 ,数值模拟了微管道中压力驱动的气体流动 ,结果表明固壁边界存在速度滑移 ,稀薄气体效应明显 ;整个流场温度变化很小 ,流动马赫数很小 ,密度、压力流向变化非常大而横向几乎不变 ;可压缩性导致压力随流向的非线性分布 。

持续裂变链引发概率的直接模拟研究

讨论了判断持续裂变链引发的理论依据,利用基于Geant4toolkit开发的蒙特卡罗直接模拟程序,计算了一系列测试几何和超瞬发临界5c/的GodivaⅠ反应堆内持续裂变链的引发概率。结果表明,蒙特卡罗直接模拟计算的结果与Mercury程序及确定性理论结果均一致。

直接模拟蒙特卡罗法对连续流体传热和流动的模拟

直接模拟蒙特卡罗法在稀薄气体模拟中获得了成功的应用。然而，在处理连续介质传热和流动问题时，模拟的速度极大地制约了该方法的应用。尤其对于大系统的连续流动，该方法的收敛速度几乎无法实现。鉴于此，本文通过引入超粒子，对直接模拟蒙特卡罗方法进行改进，并将其应用于连续介质传热和流动模拟之中。

直接模拟蒙特卡罗法及其在真空泵性能计算中的应用

直接模拟蒙特卡罗(DSM C)法是一种依赖物理的几率模拟方法。本文介绍了直接模拟蒙特卡罗法在真空泵性能计算中的应用。

直接模拟蒙特卡罗羽流模拟的两相作用模型

为了数值模拟包含气体分子和凝相颗粒的两相羽流场,使用自主开发的羽流计算软件(PWS)对两相作用模型进行研究。计算均匀气流对颗粒的加速过程,结果与理论解一致,证明气体分子对颗粒的单向作用模型合理。计算气体分子在颗粒表面的反射时,将全局坐标系转换到颗粒坐标系确定其法线,再转换到法线坐标系进行镜面反射或漫反射。将这种间接法与使用反射向量的分布函数的直接法进行了对比。对同一个气体分子在颗粒表面的反射进行1×106次数值试验,两种方法所得镜面反射的速度向量均符合空间均匀分布,漫反射的速度向量分布相互一致。使用两种方法模拟150N液体火箭发动机的两相羽流场,所得气相羽流场几乎相同,间接法计算效率较高。液滴颗粒对气流场的影响主要集中在轴线附近,与无液滴的气流场相比,有液滴时会使气流温度升高、压强增大、马赫数减小。

开式空腔流动的蒙特卡罗直接模拟

蒙特卡罗直接模拟(Direct Simulation Monte-Carlo)方法是一种基于分子动力论的随机性数值模拟方法,它在各类稀薄气体流动模拟中得到了广泛应用。本文首先讨论了DSMC方法的基本原理,引用文献结果论述了DSMC方法与Boltzmann方程的内在一致性,采用DSMC方法从分子运动论层次对过渡区开式空腔流动进行精细模拟,再现空腔内旋涡的形成及发展过程,了解复杂流场的流场特性。模拟和分析了空腔的形状(展弦比)、壁温以及Knudsen数(稀薄性)等因素对空腔内流动和旋涡结构的影响。研究表明,空腔的展弦比、壁面温度以及流动Knudsen数等因素对空腔内旋涡的大小、形状、位置、个数都有极大的影响,应用DSMC方法可以真实再现稀薄条件下的开式空腔流动。

基于WRF模式对华北一次飑线过程中雷电活动的间接和直接模拟研究

将非感应起电机制和放电参数化方案耦合到WRF模式的Morrison双参数微物理方案中,并在模式中引入了闪电潜势指数LPI,在此基础上模拟了2009年6月16日华北一次飑线过程,讨论模式对闪电活动再现能力。模拟结果显示,模式能够较好地再现雷达回波和降水分布特征,说明模式对此次飑线过程的宏观和微观特征具有一定的模拟能力。利用计算闪电潜势指数LPI的间接模拟,能够指示出大致的闪电分布特征,但闪电潜势指数LPI分布范围明显大于实际闪电落区;而通过耦合电过程的WRF模式直接输出闪电密度的直接模拟,模拟结果与实际闪电密度分布的对应关系较好,但由于模式中输出的闪电密度为总闪电密度,与观测地闪密度资料相比,模拟的闪电密度偏大。

直接模拟蒙特卡洛问题的并行化方法

对直接模拟蒙特卡洛问题的动态数据分布特点进行了研究，提出了该类问题的并行化方法，并对实际算例进行处理，在集群系统上获得的测试结果表明该方法正确而有效，能够满足用户的高性能计算需要。

直接模拟蒙特卡罗方法下的逆温度抽样算法

从分子动力学出发,讨论了直接模拟蒙特卡罗方法中分子平均总能量、平均平动能以及边界热流密度的抽样方法.通过对与边界发生碰撞的分子进行统计平均,得到了分子反射能量与入射能量以及边界热流密度的关系式.在此基础上,通过结合壁面漫反射模型下分子反射速度的抽样方法,发展了一种从边界热流求得与壁面碰撞分子的平均反射特征温度的逆温度抽样算法.数值结果表明:该算法能够由分子反射能量准确求得分子反射特征温度,进而求得分子反射速度,从而将边界热流信息带入流场.该方法为实现壁面处给定热流边界条件下的直接模拟蒙特卡罗方法提供了途径.

基于计算统一设备架物Fortran的直接模拟蒙特卡洛方法并行优化

利用基于图形处理器(GPU)的计算统一设备架构(CUDA)Fortran编程平台,对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法进行并行优化,并以高超声速气动热计算为例,考察了串行与并行计算速度以及不同仿真分子数对并行效率的影响.结果表明,在保证计算精度不变的情况下,程序取得了4～10倍的加速比,并且加速性能高低与计算规模大小成正比.

顺抗磁性混合气体在梯度磁场中流动的蒙特卡罗直接模拟

以氧气和氮气的混合气体为研究对象,运用蒙特卡罗直接模拟方法模拟了顺抗磁性混合气体在高梯度磁场中的流动情况,并把模拟计算结果与已有的实验结果之间进行了对比分析．模拟结果表明:磁场强度与梯度乘积由100T2·m-1增加到1000 T2·m-1时,氧体积分数增量由 0．12％增加到1．89％;混合气体温度由283 K升高到333 K时,氧体积分数增量由0．4％减小到 0．1％;混合气体中氧气的初始体积分数由20％增加到30％时,氧体积分数增量由0．12％增加到 0．59％;压力的变化对氧体积分数的变化几乎没有影响．

不可压反应流动直接模拟和亚网格模型的检验

本文用谱方法对三维槽道不可压湍流反应流动进行了直接模拟,用直接模拟数据对大涡模拟亚网格质量流和燃烧模型进行了检验,结果发现,引入壁面阻尼修正的模型与精确值的符合比较好。

用直接模拟数据检验RANS二阶矩燃烧模型

用谱方法对三维槽道不可压湍流反应流动进行了直接模拟(DNS),并对关联量精确输运方程中各项的贡献进行统计,发现产生项和耗散项起重要作用.进一步用DNS数据库对RANS二阶矩(SOM)湍流燃烧模型进行检验,发现扩散项和产生项的模拟值在大部分区域都和精确统计值接近,但在近壁区需要修正;耗散项的模拟有待改进.

直接模拟蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发亚稳态原子退激过程

在原子法激光同位素分离 (AVLIS)工程中 ,金属受电子束的加热而熔化 ,有一部分原子处于亚稳态能级 ,为了分析在蒸发过程中亚稳态原子退激对原子蒸气的速度、温度等物理特性的影响 ,采用直接模拟蒙特卡罗 (DSMC)法模拟钆原子蒸发过程 ,分析亚稳态原子退激过程对蒸气特性的影响。模拟结果表明 :亚稳态原子退激使得原子蒸气的速度增加 ,温度升高 ;克努森数Kn越小 ,原子间碰撞越频繁 。

铝合金电阻凸焊过程直接模拟

文中采用ANSYS对电阻凸焊过程进行直接模拟,选用plane223单元同时模拟热、电、结构耦合过程,模拟焊核尺寸与试验结果基本吻合,验证了模拟算法的正确性.结果表明,预压阶段的最大应力、应变位于凸焊筋周围,最大应力超过材料屈服极限,凸焊筋周围形成塑性变形区;通电焊接过程,最高温度位于凸焊筋与封装盖板的贴合面上,随着温度升高凸焊筋迅速压溃,通电后半阶段为焊核形成阶段,最终得到的熔深为1.42 mm;直接模拟电阻凸焊过程可以为选择合理的凸焊工艺参数提供良好的理论依据.

气体间漏率等效关系的直接模拟蒙特卡洛分析

研究气体间漏率的等效关系,对提高检漏数据判读的准确性具有重要意义。本文基于对金属压扁型漏孔的研究,通过建立分析模型,运用直接模拟蒙特卡罗法数值模拟方法得出了气态工质的漏率曲线及不同工质间漏率的等效关系,验证了气态工质泄漏模型的正确性,可实现已知示漏气体漏率情况下实际工质漏率的虚拟预示。研究结果表明,不同气态工质在同一条件下漏率存在着较大差异,但都随两端压差增大而增大,呈近二次多项式变化趋势,仿真结果与理论分析相符。气态工质间漏率等效性在He漏率≤10-6Pa·m^3/s和He漏率≥10-3Pa·m^3/s时趋于恒值;而当He漏率在[10-6,10-3]Pa·m3/s时,漏率等效性存在着先上升后下降的多项式变化形式,且最大值出现在这一区域之间。研究结果为实际工质与示漏工质间漏率等效数值研究提供了基本方法和参考数据。

等温反应湍流流动标量关联量输运的直接模拟

用谱方法对等温反应槽道湍流流动中标量关联量输运进行了三维直接模拟。所得到的无反应情况下的单标量时均值和脉动值与文献中差分法的直接模拟(DNS)数据一致。瞬态模拟结果显示有反应情况下标量脉动量也有条带结构。用直接模拟数据库对标量关联量输运方程各项的贡献进行了先验性统计,发现产生项和耗散项的贡献最大,扩散项和反应项的贡献很小,然而化学反应对各项的大小和分布规律影响很大。对标量关联量方程RANS模拟各项的封闭模型进行了后验性检验。与DNS的统计值相比,除了近壁区之外,在流场的大部分区域,模拟值与精确的统计值基本一致。

三维均匀各向同性两相湍流的直接模拟

本文对三维气粒两相均匀各向同性湍流进行了直接数值模拟。气相控制方程组采用分布投影方法进行求解,微分方程采用六紧致阶差分格式和快速Fourier变换结合求解;计算颗粒场时,采用Lagrangian方法。由该方法得到的能谱和各统计量与由谱方法得到的对应值进行了比较,吻合十分理想,对不同Stocks数颗粒在流场内的瞬态分布也进行了初步模拟,并观察到局部富集现象,证明该方法是进行两相湍流直接数值模拟行之有效的方法。