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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/33785

Title: 稀薄氣流與連續流一體化數值計算法研究
Authors: 黃俊誠
Contributors: 國立臺灣海洋大學:商船學系
Keywords: 稀薄氣體動力學;Boltzmann 方程式;Navier-Stokes 方程式;Knudsen 數;分立座標法;守恆律高解析算則;WENO 算則;平行計算;動態負載平衡;Gauss-Hermite 積分法;連續體流域;過渡流域;運載火箭;戰術導引飛彈
Date: 2006-08
Issue Date: 2013-05-31T08:09:15Z
Publisher: 行政院國家科學委員會
Abstract: 摘要:穿越大氣層之飛行環境跨越連續體流域(continuum flow regime)與稀薄氣體流域,傳統 上高空飛行器氣動力學設計分析程序是針對各氣體流域的需求;分別採用適當的方法。在連 續體流域,以計算流體力學(CFD)技術解Navier-Stokes 方程式獲得飛行器表面壓力、溫度、 周圍流場結構與氣動力性能係數等相關資料。在Knudsen 數較大的稀薄氣體流域,普遍應用 DSMC 法計算稀薄氣體氣動力特性。但是對於Knudsen 數較低的近連續體流域,Navier-Stokes 方程式解不夠準確,而DSMC 法計算量相當高,無法普遍應用。有必要發展一體化的數值計 算技術,提高近連續體流模擬效率,使氣動力分析結果更精確。 因此,本計畫目標是應用分立座標法結合CFD 相關技術,發展三維Boltzmann 模型方程 式數值計算技術,應用於運載火箭、探空火箭、再入戰術導彈等之稀薄氣體動力學分析。同 時本計畫也將結合Navier-Stokes 與Boltzmann 方程式的計算法,建立一體化(unified)連續 體流與稀薄流模擬技術,提高近連續體流氣動力學計算效率與精度。 本研究計畫期間共計三年。分年目標簡述如下: (1)第一年主要以建立三維Boltzmann 模型方程式數值計算程式為目標。重點工作項目包括 發展自調適分立座標法、建立尺度因子Gauss-Hermite 積分法、建立三階與四階準確度 WENO 計算程式、應用空間分割法建立平行計算程序等。數值方法完成測試驗證後,將 應用於單錐體與雙錐體載具稀薄流場模擬,並探討稀薄氣體效應氣動力性能。 (2)第二年以建立連續體流與稀薄流一體化計算技術為主要目標。重點工作項目包括發展三 維數值計算程式平行運算功能、結合Navier-Stokes 方程式與Boltzmann 模型方程式數值 計算程序、發展巨觀與微觀通量耦合計算算則、建立局部流場稀薄度判別基準公式等。 同時也探討高空噴流(姿態控制噴嘴冷噴流與發動機尾焰)流場與氣動力學相關問題。 (3)第三年以建立動態負載平衡平行運算技術,提高運算效率,並應用於極超音速高空飛行 器稀薄氣動力學分析為主要目標。重點工作項目包括測試流場稀薄度判別法適用性、發 展計算域分割技術、以運載火箭與戰術導彈為例,分析稀薄氣動力學特性等。 預期本計畫完成後將充分建立近連續體流至過渡流域模擬,與低次音速至極超音速稀薄 氣動力學分析的技術能量。配合國內DSMC 法的發展與應用,使稀薄氣體動力學的研究更為 完備。本項新開發技術除了應用於飛行器氣動力學研究外,也可以推廣應用於衛星姿態控制 噴嘴、真空泵浦、化學氣相沉積、以及微機電系統等科學及工業上。在太空計畫、國防科技 與產業發展等均能有所助益。
Relation: NSC95-2221-E343-005
URI: http://ntour.ntou.edu.tw/handle/987654321/33785
Appears in Collections:[商船學系] 研究計畫

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