黄 海 龙

(1.哈尔滨工业大学 土木学院，哈尔滨 150090;2.北京宇航系统工程研究所，北京 100076)

随着飞行高度逐渐增加，当飞行器高度达到或超过70 km 时，气体的稀薄效应开始明显.该区域内，Kn较大，气体处于非连续区，此时，流体连续介质假设失效，传统的连续流体运动方程(NS 方程)和相应的CFD 方法已经失效.针对这种稀薄气体效应，当采用适当的研究方法，例如采用分子动力学模型和相应的数值方法，其中直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC)等方法就是该领域内典型的研究方法.

直接模拟Monte carlo(DSMC)方法是依赖物理的概率模拟方法，在求解过渡领域流动的众多解析、数值和模拟方法中，目前只有DSMC 方法可以模拟三维复杂真实稀薄气体流动［1－6］.直接模拟蒙特卡洛方法可以模拟飞行器穿越高度为70～128 km 范围内的过渡区以及飞行器在70 km 以上高度巡航时的流场稀薄效应，其所涉及的可研究领域包括高超声速巡航飞行器、空间站、卫星、返回舱等多种飞行器.

本文将用连续流体运动方程(NS 方程)和DSMC 方法对四种典型Kn下的圆柱绕流进行计算，分析比较不同Kn时，流场中的间断结构变化情况以及圆柱体后方的分离区变化情况.其中，Kn=0.001 时，流动环境处于连续介质区，可采用连续流体运动方程(NS 方程)求解，其余三种绕流流动采用DSMC 方法研究.

1 DSMC 方法概述

Bird［2］提出的DSMC(Direct Simulation Monte－Carlo)方法是依赖物理的概率模拟方法，它来源于分子动力学方法，采用几率论方法判断分子间是否发生碰撞.DSMC 方法从微观角度出发，利用较少量的模……