基于直接模拟Monte Carlo方法的两相稀薄流研究

当航天飞行器在气体稀薄的高空中飞行时，固体火箭发动机尾喷流场存在三氧化二铝等颗粒，这些颗粒既对流场辐射特性起主导作用，又对发动机的工作效率和航天器的可靠性产生重要影响，亟需精确预估稀薄环境中的气粒两相流场。在微推进系统中，其内部流动也涉及多相稀薄气体流。而国内外现有的研究工作大多围绕气相处于连续介质范畴的两相流，对气相处于稀薄状态下的气粒两相流动的研究还有待发展。因此，本项目针对稀薄条件下的气粒两相流场，从描述粒子运动的微观层次出发，构造气体－颗粒相互作用的热力学模型，建立气粒两相双向耦合的动量和能量传输机制，发展适用于稀薄条件下的气粒两相流的直接模拟Monte Carlo（DSMC）算法，同时运用Monte Carlo方法实现颗粒的相变、碰撞、合并和破碎，形成一套适用于稀薄条件下的气粒两相二维流场和轴对称流场的程序，为解决稀薄条件下的气粒两相流动问题提供一种新的研究手段。