Введение
Глава 1. Метод прямого статистического моделирования (обзор) 14
1.1. Физическое описание разреженного газа 14
Статистическое описание газа и уравнение Больцмана 14
Связь уравнений Навье-Стокса и уравнения Больцмана 15
Уравнения диффузии для смеси газов 16
Свойства течений разреженного газа 17
1.2. Модели столкновений, применяемые в методе ПСМ 18
1.3. Стохастическая модель выбора столкновительных пар в методе ПСМ 20
1.4. Классические рекомендации к выбору дискретизации 23
Теоретические предсказания 24
Численные исследования 25
1.5. Дополнительные приёмы для улучшения дискретизации 26
Схема Бёрда компонентных весовых множителей 27
Пространственно-зависимые весовые множители. 27
Математические исследования схем весовых множителей 28
Методы устранения неконсервативности 29
Пространственно-зависимый временной шаг. 30
1.6. Трудоёмкость метода 31
1.7. О достижении стационарности потока 32
1.8. Расчетные сетки в методе ПСМ 32
1.9. Накопление и представление данных 33
Влияние временного шага 34
1.10. Статистические погрешности 34
1.11. Модель Боргнакке-Ларсена для учёта внутренних степеней свободы 35
1.12. Граничные условия в методе ПСМ 36
Столкновение с поверхностью тела 37
Открытые границы 3
1.13. Прочие направления развития метода ПСМ 38
Схемы расчета околоравновесных течений 38
Схема Нанбу 39
Схемы с уменьшенным шумом 39
1.14. Выводы 39
Глава 2. Адаптация метода ПСМ к решению современных задач динамики разреженных газов 41
2.1. Исследование ошибок дискретизации в методе ПСМ, основанном на схеме мажорантной частоты 43
Задача Фурье. Измерение теплового потока на стенку 43
Новый критерий подобия для числа модельных частиц 45
Размер ячейки 53
Временной шаг 54
Определение теплового потока приближенным решением уравнения теплопроводности 55
Автокорреляционные свойства пристеночных макропараметров, поправочный коэффициент дисперсии 58
2.2. Влияние временного шага на коэффициент диффузии тяжелого газа в легком 65
Теоретический расчет 66
Численная верификация 68
2.3. Схема временных множителей 69
Качественное испытание временных множителей 74
Количественное испытание при замедлении легкой компоненты 78
Количественное исследование при замедлении тяжелой компоненты 79
2.4. Схемы весовых множителей для осесимметричных задач 82
Особенности классической схемы Бёрда 82
Размножение частиц при столкновениях 85
Пакетное размножение частиц 86
Сбалансированные радиа льные множители 88
Комбинированная схема радиальных множителей 90
2.5. Практическое сравнение схем решения осесимметричных задач 4
Случай сильно несбалансированных весов компонент 93
Случай близких весов компонент 96
2.6. Подавление флуктуаций числа частиц 98
Автомодельный процесс размножения/уничтожения частиц при перемещении 99
Описание подхода 101
Испытание эффективности подхода 102
Применение подхода в схемах с размножением частиц в столкновениях 104
2.7. Обеспечение сохранения осевой компоненты момента импульса в осесимметричных
задачах 106
Предла гаемый алгоритм столкновения 107
Тестирование нового алгоритма 110
2.8. Детектирование повторных столкновений 112
2.9. Заключение 115
Глава 3. Неравновесные эффекты в разреженных газовых смесях 116
3.1. Сравнение результат ов моделирования с эксперимента льными данными 117
Столкновение оппозитных струй 118
Свободная струя, и струя, натекающая на препятствие 121
3.2. Сжатый слой перед пластиной, поставленной под прямым углом к сверхзвуковому потоку одноатомного газа 124
3.3. Торможение тяжелых молекул примеси в сжатом слое перед пластиной на примере смеси He+Xe 130
Картина течения перед пластиной при обтекании смесью газов 132
Качественная модель сжатого слоя 134
Случай полного поглощения тяжелой примеси пластиной 136
Случай отсутствия поглощения тяжелой примеси пластиной 141
3.4. Конвергентный источник сверхзвукового потока и его свойства 145
Течение однокомпонентного газа 147
Конвергентное течение смеси газов 148
Некоторые особенности процесса повышения энт альпии 152
Эффект разделения по энергиям 154
Аппроксимация зависимости температуры в «облаке» от состава смеси 156
Влияние ширины щели 157
3.5. Заключение 159
Глава 4. STRONG Применение усовершенствованного метода ПСМ для интерпретации результатов
экспериментов по осаждению наноразмерных бактерицидных кластеров серебра STRONG 161
4.1. Исходные эксперименты и их результаты 161
4.2. Предварительные оценки условий в реакторе-испарителе 163
4.3. Параметры численной модели 168
4.4. Влияния буферного аргона на скорость испарения серебра 170
4.5. Оценка неизотермичности реактора-испарителя 173
4.6. Оценка возможности гомогенной конденсации серебра в тигле 179
4.7. Распределение потока массы испаренного серебра внутри тигля 183
4.8. Течение смеси аргон + пары серебра из реактора-испарителя 185
4.9. Модель взаимодействия наноразмерных кластеров серебра с потоком аргона 188
4.10. Сравнение газодинамики течения при использовании звукового сопла и сверхзвукового сопла 195
4.11. Обоснование и результаты эксперимента по осаждению серебра на длинную пластину 197
4.12. Движение наноразмерных кластеров в потоке аргона при условиях эксперимента 199
4.13. Движение наноразмерных кластеров при на личии подло жки-мишени 205
4.14. Выводы 210
4.15. О гетерогенных процессах образования кластеров 212
Заключение
