[发明专利]稀薄气流数值模拟中网格单元粒子数优化方法

权利要求书

1.一种稀薄气流数值模拟中网格单元粒子数优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

采用DSMC对稀薄气流进行数值模拟中，判断任一网格单元中的仿真粒子数目与一设定范围的关系，以判定是否执行粒子融合操作或粒子分离操作，若仿真粒子数目在设定范围内，则无需对网格单元粒子数优化，即不执行粒子融合操作或粒子分离操作；若仿真粒子数目超过设定范围的上限值，则根据粒子融合判据反复执行粒子融合操作，以使得每个网格单元中仿真粒子数目在设定范围内；若仿真粒子数目低于设定范围的下限值，则根据粒子分离判据反复执行粒子分离操作，以使得每个网格单元中仿真粒子数目在设定范围内；

采用DSMC对稀薄气流进行数值模拟中，定义任一网格单元中粒子质量大于平均粒子质量的粒子为大粒子，粒子质量小于等于平均粒子质量的粒子为小粒子，对该网格单元中的粒子进行编号并统计该网格单元中大粒子数目NB、小粒子数目NS；

粒子融合判据，判断该网格单元中的含有大粒子和小粒子的仿真粒子数目与设定范围的关系，以判定是否执行粒子融合操作，包括：

若仿真粒子数目NB+NS超过设定范围的上限值，则：

a)若NB≥设定范围的上限值，调整网格尺寸使得调整后的网格单元中的大粒子数目NB＜设定范围的上限值；

a1)若调整后的网格单元中仿真粒子数目在设定范围内，则不执行粒子融合操作或粒子分离操作；

a2)若调整后的网格单元中仿真粒子数目仍超过设定范围的上限值，则调整后的网格单元中，判断任意两个小粒子间的距离是否小于设定距离且是否满足粒子融合判断条件若是则两个小粒子融合为一个大粒子，否则再调整网格尺寸，对调整后的网格单元中的粒子重新编号并统计大粒子数目NB、小粒子数目NS，再次判断是否执行粒子融合或分离操作；

b)若NB＜设定范围的上限值，该网格单元中，判断任意两个小粒子间的距离小于设定距离、且是否满足粒子融合判断条件若是则两个小粒子融合为一个大粒子，否则调整网格尺寸，对调整后的网格单元中的粒子重新编号并统计大粒子数目NB、小粒子数目NS，再次判断是否执行粒子融合或分离操作；

在步骤a2)和b)中，每执行一次两个小粒子融合操作就判断执行两个小粒子融合操作后的网格单元中的仿真粒子数目是否在设定范围内，若否则继续两个小粒子融合操作；

其中，m_big是两个小粒子周围的大粒子的平均质量，m_sma是两个小粒子的平均质量，N_big是两个小粒子周围的大粒子的数目，N_sma是小粒子的数目，γ是人工阈值；

粒子融合遵循质量和动量守恒：m＝m₁+m₂，m₁＝m₂，v＝v₁＝v₂

其中，m₁、m₂分别为两个小粒子的质量，v₁、v₂分别为两个小粒子的速度，m、v分别为融合后大粒子的质量和速度，融合后大粒子的位置为融合前两个小粒子位置的中点。

2.如权利要求1所述的稀薄气流数值模拟中网格单元粒子数优化方法，其特征在于，设定距离为0.5倍的小粒子平均自由程。