شبیه‌سازی خواص آیرودینامیکی جریان گاز رقیق بر روی پنل ماهواره به روش DSMC

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مکانیک-هوافضا، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

2 استادیار، دانشکده مکانیک- هوافضا، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

چکیده

در این پژوهش، نحوه شبیه‌سازی جریان گاز رقیق بر روی یک صفحه تخت و محاسبه خواص آیرودینامیکی توسط نرم‌افزار شبیه‌سازی مستقیم مونت‌کارلو یا دی اس ام سی – اپن‌فوم بررسی شده است. یکی از روش‌های کارآمد در شبیه‌سازی جریان گاز رقیق در شرایط بسیار غیرتعادلی، روش شبیه‌سازی مستقیم مونت کارلو یا دی اس ام سی می‌باشد که گاز به‌صورت ذره در نظر گرفته می‌شود. در این بررسی با استفاده از نرم‌افزار دی اس ام سی- اپن‌فوم نتایج حاصل از یک صفحه تخت در زاویه حمله صفر استخراج شده، با نتایج موجود اعتبارسنجی نموده که میزان خطا کمتر از 15 درصد می‌باشد. در ادامه به عنوان نوآوری این پژوهش، به بررسی جریان بر روی صفحه عمودی و محاسبه نیروهای آیرودینامیکی و همچنین اثر زوایای مختلف صفحه تخت بر روی پنل ماهواره پرداخته شده است. نشان داده شده است که ضریب درگ در حالت صفحه عمودی 10 برابر صفحه تخت می‌باشد. روش و نرم‌افزار معرفی شده در این پژوهش روشی قدرتمند در شبیه‌سازی‌های مختلف در شرایط گاز رقیق است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   I. D. Boyd, "Computation of atmospheric entry flow about a Leonid meteoroid," Earth, Moon, and Planets, vol. 82, pp. 93-108, 1998.
[2]   R. Zakeri, R. Kamali-Moghadam, and M. Mani, "Modified Collision Energy, a New Chemical Model in the DSMC Algorithm," Journal of Heat Transfer, vol. 141, 2019.
[3]   A. J. Lofthouse, "Nonequilibrium hypersonic aerothermodynamics using the direct simulation Monte Carlo and Navier-Stokes models," Michigan Univ Ann Arbor2008.
[4]  G. Bird, "Shock-wave structure in a rigid sphere gas," in Proceedings of the 4th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, New York, 1965, 1965, pp. 216-222.
[5]  J. N. Moss, "Direct simulation Monte Carlo simulations of ballute aerothermodynamics under hypersonic rarefied conditions," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 44, pp. 289-298, 2007.
[6]  I. D. Boyd, "Vectorization of a Monte Carlo simulation scheme for nonequilibrium gas dynamics," Journal of Computational Physics, vol. 96, pp. 411-427, 1991.
[7]   R. F. Probstein, "Shock wave and flow field development in hypersonic re-entry," ARS Journal, vol. 31, pp. 185-194, 1961.
[8]  M. F. Storz, B. R. Bowman, M. J. I. Branson, S. J. Casali, and W. K. Tobiska, "High accuracy satellite drag model (HASDM)," Advances in Space Research, vol. 36, pp. 2497-2505, 2005.
[9]  E. Doornbos, M. Förster, B. Fritsche, T. van Helleputte, J. van den IJssel, G. Koppenwallner, et al., "Air density models derived from multi-satellite drag observations," in Proceedings of ESAs Second Swarm International Science Meeting. Potsdam. 24, 2009.
[10]  K. Moe, M. M. Moe, and S. D. Wallace, "Improved satellite drag coefficient calculations from orbital measurements of energy accommodation," Journal of spacecraft and rockets, vol. 35, pp. 266-272, 1998.
[11]  P. M. Mehta, C. A. McLaughlin, and E. K. Sutton, "Drag coefficient modeling for grace using Direct Simulation Monte Carlo," Advances in Space Research, vol. 52, pp. 2035-2051, 2013.
[12]  E. M. Gaposchkin, "Calculation of satellite drag coefficients," MASSACHUSETTS INST OF TECH LEXINGTON LINCOLN LAB1994.
[13]  P. M. Mehta, A. Walker, C. A. McLaughlin, and J. Koller, "Comparing physical drag coefficients computed using different gas–surface interaction models," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 51, pp. 873-883, 2014.
[14]  "G.A.B. Consulting Pty Ltd “The DS3V Program User’s Guide.” Version 2.5, 2006.."
[15]  T. Scanlon, E. Roohi, C. White, M. Darbandi, and J. Reese, "An open source, parallel DSMC code for rarefied gas flows in arbitrary geometries," Computers & Fluids, vol. 39, pp. 2078-2089, 2010.
[16]  C. Cercignani, Rarefied gas dynamics: from basic concepts to actual calculations vol. 21: Cambridge university press, 2000.
[17]  G. A. Bird, "Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows," Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows, 1994.
[18]  J. Bullard, "Satellite Drag Analysis using Direct Simulation Monte Carlo (DSMC)," 2018.