近空间飞行稀薄气体流动的若干关键问题研究

近空间飞行器在高超声速飞行时具有局部稀薄气体效应和高温引起的热非平衡特性,改变了飞行器所经历流动的物理和气动特性,变革了高超声速飞行器的设计。目前物理上正确而有效的计算方法主要是直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法。但是常规DSMC模拟需要大量的计算资源，而其它方法还没有足够能力模拟具有强非平衡的复杂稀薄气体流动。申请人团队根据多年对稀薄气体流动研究的积累，拟对近空间飞行条件下的高温非平衡稀薄流动的一些关键问题进行攻关研究。计划通过创新DSMC方法的碰撞模型从根本上提高DSMC的计算效率，并耦合DSMC方法和Navier-Stokes 求解器来实现近空间条件下的稀薄流动计算；通过评估和发展分子能量交换模型和化学反应模型来处理流动的高温非平衡物理；通过耦合DSMC方法和Particle-in-Cell方法模拟高温引起的弱电离效应；进而研究近空间稀薄流动机理和模型飞行器的气动特性。