一种新型的计算化学非平衡流动的解耦方法

DSMC方法中分子碰撞的计算摘要DSMC方法是依赖物理的概率模拟方法。

从宏观参量到细观速度分布函数的水平上，该方法均能得到实验的支持。

经过30多年的发展,DSMC方法在航天、真空系统等离子体材料加工、微电子刻蚀、微机电系统、化工等21世纪高技术发展的前沿领域获得了广泛的应用。

DSMC 方法通常用有限个模拟分子代替大量真实气体分子，通过随机抽样并跟踪模拟分子轨迹实现求解真实气体流动问题。

其主要特点是模拟分子的迁移运动与碰撞解耦。

本文主要从分子碰撞模型、分子碰撞的计算两方面详细阐述先关研究进展。

1.引言DSMC 方法通常称试验粒子为模拟分子或模拟粒子，它的基本做法可表述为：用有限个模拟分子代替大量的真实气体分子，通过随机抽样模拟分子并跟踪模拟分子的运动轨迹来达到求解真实气体流动问题的目的。

DSMC方法的主要特点在于将模拟分子的迁移运动与碰撞作用解耦处理。

在每个时间步长内，首先认为每个模拟分子作匀速直线运动得到新的位置坐标，如果模拟分子与边界发生相互作用则进行相应处理；然后计算模拟分子之间的碰撞。

DSMC方法采用几率论而不是决定论的方法计算模拟分子间的碰撞，因而能够大大减少计算时间。

整个计算是一个时间过程，从非定常向定常发展。

最后对各模拟分子的物理量统计平均得到所需的宏观流动参量。

2.分子碰撞模型的研究进展2.1 分子碰撞模型的研究DSMC方法中，最简单的分子模型是硬球模型，它由Bird于1976年提出，随后，还提出了逆幂律分子模型以及Maxwell分子模型。

由于真实气体流动条件下，分子的碰撞截面是随着相对速度而改变的，这样才能保证μ与温度T的关系与实际气体中一致。

而上述任何一种分子模型都不同时具有有限的碰撞截面又能实现粘性与温度的依赖关系，为此，Bird提出了变径硬球模型（Variable Hard Sphere，简称VHS），在此模型假设下，分子具有和硬球一样的均匀散射几率，但它的碰撞截面像逆幂律分子一样是分子间相对速度的函数，这样导出的粘性系数随温度的一定幂次变化，满足真实气体所表现出来的规律。

2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
科研热词 解耦方法 非平衡流解耦方法 起爆过程 诱导时间 表面质量平衡 表面能量平衡 胞格结构 胞格爆轰 烧蚀 梯形公式 旋转爆震波发动机 敏感性分析 振荡燃烧 性能分析 化学非平衡流 化学反应机理 α -qss拟稳态逼近方法 newton型迭代法
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 非结构网格 非平衡流 逆风格式 迁移 解耦方法 直接数值模拟 激波诱导燃烧 混合层 涡量厚度 模型拟合 杀扑磷 土壤色谱柱 化学非平衡流 化学非平衡 weno格式 mhd方程
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4
2011年 科研热词 连续旋转爆震波 自持机理 稀疏波 爆震波高度 推荐指数 1 1 1 1
2012年 序论 穿透曲线 土壤
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 非平衡分子动力学 高速流体 高超声速 高温空气辐射 非平衡流 非平衡尺度效应 超空泡 纳米通道 纳米流动 混合气体 摩擦系数 双尺度参数 poiseuille流动
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4
科研热词 高温激波管 零维化学反应 双时间步长法 化学非平衡流
推荐指数 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

基于TRIZ理论的40个原理案例分析在创新和问题解决领域中，TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving，创新问题解决理论）是一种被广泛运用的理论方法。

TRIZ通过研究创新的基本原则，提出了40个创新原理，这些原理为解决问题、创造新产品和优化流程提供了指导。

本文将基于TRIZ理论，分析40个原理的案例应用，以揭示其在实际问题解决中的价值。

1. 分割原理（Segmentation）分割原理适用于将整体分割为互不相关的部分，从而解决问题。

例如，将汽车座椅分割成一个个独立的单元，以便更好地进行调整和维护。

2. 提前预防原理（Taking out）提前预防原理强调在问题发生之前采取措施，防止其发生。

例如，通过使用优质材料或加强机器部件的设计，可以减少故障率和维修成本。

3. 局部质量原理（Local Quality）局部质量原理着眼于提高系统中的局部性能，以实现整体效益的提高。

例如，在电池管理系统中，通过改进电池的密封性能，提高整体能量存储效率。

4. 渐进变化原理（Progressive Change）渐进变化原理指出，在改进产品或技术时，应采取逐步渐进的变化，以减少不确定性和风险。

例如，推出新版软件时，可以先进行小规模测试和反馈，再逐步进行升级和改进。

5. 扩展原理（Expanding）扩展原理适用于提高系统的某个参数或指标，以增加其效能。

例如，在太阳能电池中，通过扩大电池的表面积，可以提高能量捕捉和转换效率。

6. 反向原理（Reversal）反向原理是指通过反向思考问题，找到解决方案的方法。

例如，在设计自动门时，通过反向思考，可以将门锁设计为只需一定的力量即可打开，以提高便利性和舒适度。

7. 促进型因素原理（Catalysis）促进型因素原理关注如何提高或引入促进因素，以改善系统性能。

例如，在生产线中，引入自动化设备和机器人，可以提高生产效率和质量。

8. 对称性原理（Symmetry）对称性原理指出，通过引入对称或平衡因素，可以对系统进行改进。

求解化学非平衡NS方程组的隐式R-K方法及其并行实现李芳刘鑫张娟陆林生（江南计算技术研究所无锡214083）(lifang56@)摘要本文建立了一种求解非定常化学非平衡NS方程组的空间全隐式R-K方法，给出了并行程序框架，讨论了多块网格预处理技术和通信优化技术。

在神威集群上进行算例考核，验算了算法的可行性、正确性和较高的并行效率。

关键字化学非平衡、隐式、Runge-Kutta方法、并行中图法分类号TN401Research on the Implicit Runge-Kutta Scheme for the ReactiveNonequilibrium NS Equations and Its Parallel ComputingLI Fang, LIU Xin ZHANG Juan, LU Linsheng(JiangNan Institute of Computing Technology Wuxi 214083)Abstract In this paper, the implicit Runge-Kutta Scheme is derivated to solve the unsteady reactive nonequilibrium NS equations, and its parallel frame is presented. The technique of mulit- physical-blocks and of communication optimization are discussed . Some benchmark cases are calculated on the SUNWAY cluster to validate the capabilities of the numerical program.The results show that the implicit R-K method gived in this paper has high feasibility, high precision and high efficiency.Key Words reactive nonequilibrium, implicit, Runge-Kutta, parallel1引言包含化学非平衡流的CFD计算涉及到空气动力学、燃烧化学、扩散传质、数值计算方法和并行算法等多门学科，在复杂的流动过程中充满着激波、膨胀波、燃烧波、各种涡系、附面层及其相互之间的干扰，其物理、化学模型和计算方法都非常复杂。