于航 张冉 杨帆 李桦

1) (国防科技大学空天科学学院, 长沙 410073)

2) (西北核技术研究所, 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024)

1 引 言

随着微纳米技术和航天技术的高速发展, 稀薄气体流动相关的研究得到了越来越多的关注.对于处于稀薄环境中的微纳尺度系统和航天器来说, 流场中分子间碰撞频率的降低, 使得气体分子与固体表面之间的相互作用成为了影响流动状态的主要因素.然而由于其微观性和复杂性, 稀薄流动中气体-表面相互作用的机理并没有得到充分揭示[1,2],现有的模拟方法也不能准确地反映这一过程对流动的影响.因此无论从揭示物理现象本质的角度出发, 还是从为相关技术发展提供可信仿真数据的角度出发, 都有必要对稀薄流动中气体-表面的相互作用进行深入、细致的研究.

实际工程中采用的稀薄流动模拟方法大致可以分为两类, 一种是连续介质模拟方法, 其中包括附加了滑移边界条件的N-S 方程[3]、Burnett 方程[4]、Super-Burnett 方程[5]等, 这类方法在处理边界问题时, 都需要借助于滑移边界条件.另一类常用的方法被称为粒子类模拟方法, 如直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)[6]和格子玻尔兹曼方法(LBM)[7], 为了描述气体分子与壁面之间的相互作用, 粒子类方法通常需要引入气体-表面相互作用模型, 即散射核模型.对于连续介质模拟方法来说, 现有的滑移边界条件, 无论是线性的还是非线性的, 都不能对壁面附近物理量的分布进行合理描……