羽流-表土相互作用的高保真模型很难建立,因为该过程中存在广泛不同的流动条件。火箭羽流核心中的气体通常可以建模为随时间变化的高温湍流反应连续流。然而,由于月球表面的真空条件,羽流外部的平均分子路径太长,连续性假设无法保持有效。分子方法更适合模拟这一流动区域。最后,必须采用颗粒流和多相流模型来描述从地表移动的灰尘和碎屑,以及表土中形成陨石坑的方式。目前,标准的商用CFD(计算流体动力学)软件无法耦合这些流型中的每一个,以提供该流动过程的准确表示,因此需要开发定制软件。

该软件在欧拉框架内求解流体流动控制方程,并在拉格朗日框架内求解颗粒输运方程。时间积分采用四阶显式龙格-库塔格式,空间离散采用八阶中心有限差分格式。控制方程中的非线性项以立方斜对称形式重新表达,以减少混叠误差。二阶导数粘性项使用八阶窄模板计算,该模板为最高分辨率波数提供更好的扩散。四阶拉格朗日插值程序用于获得颗粒位置处的气相变量值。

这项工作由Josette Bellan和Caltech的Senthilkumaran Radhakrishnan为NASA的喷射推进实验室完成。有关更多信息,请联系此电子邮件地址受到垃圾邮件的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。.

本创新中使用的软件可用于商业许可。请联系加州理工学院的Daniel Broderick,电话:此电子邮件地址受到垃圾邮件的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。. NPO-47694


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这篇文章首次出现在2012年8月的《金融时报》上美国宇航局金宝搏官网技术简报杂志。

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