基于分子动力学模拟的气体与壁面散射特性研究

【作者】 郭家盛； 袁军娅； 贺碧蛟； 刘立辉； 蔡国飙；

【机构】 北京航空航天大学宇航学院宇航推进系；

【摘要】 本文基于分子动力学方法(MD)研究了氩气与铂(面心立方晶格)和石墨烯(蜂窝状晶格)表面作用的散射特性,探究了气体入射速度、角度和气面温度比对适应系数、反射速度分布、入射和反射速度相关性的影响规律。数值模拟结果表明,适应系数随入射速度增加而减小,随入射角度增加而增大,但随气面温度比的增大而趋于定值;同时,适应系数随固体表面晶格复杂程度的增加而增加。基于MD方法数值模拟得到的适应系数,对比了完全漫反射、Maxwell和CLL模型数值模拟的反射速度分布及速度相关性。结果发现,传统散射核模型在反射速度分布以及速度相关性等方面均与MD模拟结果存在差异。此外,使用MD方法得到的适应系数和基于二维直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法的自编程序,分别基于完全漫反射、Maxwell和CLL模型数值模拟了氩气以45度角入射的平板流动上的壁面热流及切向力。结果显示,三种模型条件下的壁面热流及切向力变化规律相似;Maxwell和CLL模型所得壁面热流和切应力均小于完全漫反射模型结果,与预期相符;CLL模型所得壁面热流比Maxwell模型的大但其切应力要较小。更多还原