شبیه سازی جریان ماوراصوت رقیق شده با استفاده از طرح برخوردی برنولی ساده شده و زیرسلول های تطبیقی گذرا در روش dsmc

هدف این پژوهش ارائه مدل جایگزینی برای طرح برخورد مولکولی نزدیک ترین همسایه در روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (dsmc) می باشد. طرح برخوردی پیشنهادی عبارت است از مدل انتخاب¬های برنولی ساده شده (sbt)، که با روش زیرسلول های منطبق شونده گذرا (tas) ترکیب شده است. در کارهای پیشین روش sbt به عنوان یک روش موفق در انجام برخوردهای صحیح با حداقل ذره ضروری معرفی شده بود. با توجه به این نکته که جریان های ماوراصوتی با ماخ های نسبتاً بالا با تجمع ذرات در نواحی با گرادیان بالا مواجه می باشند، استفاده از روش کمکی tas پیشنهاد گردید. روش tas این امکان را به مدل برخوردی sbt می دهد که بتواند در شبکه های محاسباتی نسبتا درشت نیز از ثبت برخوردهای ناصحیح جلوگیری به عمل آورد. جهت انجام شبیه¬سازی های مورد نظر، الگوریتم های ذکر شده (sbt-tas) در کد فرترن جدید ds2v جایگزین گردیده و تست های مختلفی بر روی پرکاربرد ترین مسائل گازهای رقیق ماوراصوتی صورت گرفت. یکی از مهم ترین چالش¬های گسترش الگوریتم sbt-tas، نحوه اعمال آن بر روی مرزهای سطحی منحنی، به خصوص نحوه محاسبه حجم زیرسلول های برش خورده با این سطوح بود. اولین تست عددی مورد نظر برای بررسی الگوریتم sbt-tas، جریان ماوراصوتی ماخ ?? بر روی استوانه می باشد که توانایی الگوریتم در شبیه¬سازی طیف وسیعی از فرکانس های برخورد مولکولی را مورد ارزیابی قرار می دهد. در ابتدا بررسی تست فرکانس تعادلی برخورد، که مقایسه ای بین فرکانس برخورد محاسبات عددی با حالت تحلیلی آن در حالت گاز تعادلی می باشد، انجام و با اطمینان از دارا بودن دقت قابل قبول، این مسأله به صورت کامل حل و تست ¬های عملکردی حل بر روی آن انجام گردید، به صورتی که این تست ¬ها گویای دقت و سرعت قابل قبول این روش در مقایسه با طرح برخوردی نزدیک ترین همسایه بودند. در ادامه ارزیابی این روش در حوزه جریان های ماوراصوتی، تست جریان روی مخروط دوگانه به عنوان یکی از جریان هایی که حاوی تداخل امواج ضربه ای با یکدیگر و با لایه مرزی می باشد انتخاب گردید. این مسائل به علت دارا بودن فیزیک و مکانیک پیچیده که از یک سو به جهت حضور انواع امواج ضربه ای و از سوی دیگر حضور نواحی دارای گردش و گردابه هستند، حائز اهمیت می باشند. در مرحله نخست با انجام تست هایی به بررسی شناخت انواع جریان های موجود در این مسئله و چگونگی رفتار مکانیزم sbt-tas در مقابل هر یک از این جریان ها پرداختیم. مشاهده شد که الگوریتم sbt-tas در نواحی بر همکنش موج ضربه ای، متمایل به دریافت گام های زمانی فرا تر از مقدار واقعی خود می باشد. این مشکل با طراحی یک مکانیزم کنترلی که با شناسایی خطا و کنترل آن انجام می گردید بهبود یافت (sbt-tas c. m). در مرحله بعدی با اطمینان از صحیح بودن طرح برخورد، به کاوش در جریان های واکنش پذیر پرداختیم و با انتخاب مسأله بازگشت-به-جو (reentry) رفتار الگوریتم پیشنهادی را در حوزه واکنش های شیمیایی مورد بررسی قرار دادیم.