【技术实现步骤摘要】
一种基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法
[0001]本专利技术涉及表界面处反应
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传递耦合模拟研究
,尤其涉及一种基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法。
技术介绍
[0002]高超声速飞行器对内部传感器和电子设备的热防护要求很高,然而在临近空间滑翔、飞行或再入过程中,飞行器与空气间的摩擦会产生巨大的热量,导致激波层气体发生内能激发、离解、电离等高温气体效应,在气固表面发生复杂的催化/氧化等物理化学过程,这给飞行器热防护系统设计带来极大挑战。此外,在气固多相催化反应或液固多相催化反应中,反应分子在催化剂外表面以及孔道内表面发生化学反应,多种不同的化学反应将产生复杂的吸热/放热和传热等过程,这将造成催化剂材料温度发生显著变化,对催化剂的性能产生严重影响,这给反应材料的研制和反应过程的放大设计带来挑战。
[0003]因此,气固表面相互作用或液固表面相互作用等近壁反应流问题是航空航天和材料化学领域研究的重要问题,它在多相催化、吸附、分离、高超声速飞行器热防护系统、稀薄气体动力学等很多领域具有广泛的应用前景。目前,随着时空尺度减小,并且涉及气固分子之间复杂的催化复合反应机制和动态耦合过程时,基于连续介质假设的模型和方法精确性差,甚至失效,尤其是难以对表面上发生的各微观过程进行深入研究。
[0004]分子模拟方法虽然能够模拟纳微尺度过程,但现有技术完全基于CPU处理气体的流动和扩散、气固表面的催化复合反应和吸热放热等热交换以及固体传热等多过 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法,用于对界面附近的流动、扩散、吸附、脱附、反应和/或传热过程的计算机模拟,具体包括:步骤1)采用离散粒子
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有限元网格耦合模型,根据模拟设置信息设定初始参数;步骤2)将离散粒子
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有限元网格耦合模型划分为硬球计算区域HS、拟颗粒计算区域PP、带化学反应的拟颗粒计算区域rPP和有限元网格计算区域FD;采用众核异构平台,设定CPU处理HS区域和PP区域,众核处理器处理rPP区域和FD区域;步骤3)在一个时间步内,众核处理器通过重叠链检测法处理rPP区域的颗粒间碰撞和反应,同时CPU处理HS区域的事件;众核处理器处理FD区域并更新固体温度,同时CPU依次更新PP区域颗粒信息以及与CFD区域的边界交换;步骤4)将CPU和众核处理器的处理结果转化为CFD区域使用的反应动力学参数,并继续模拟基于连续模型的CFD区域的流动反应过程;步骤5)当时间步总数未达到时,转至步骤3)继续处理下一个时间步,当时间步总数达到时,转至步骤6);步骤6)输出模拟结果。2.根据权利要求1所述的基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法,其特征在于,所述反应包括气相和/或液相反应、气固催化反应、液固催化反应和气液固三相催化反应中任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求2所述的基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法,其特征在于,所述方法还包括根据模拟设置信息,采用CFD模拟连续流场的流动反应过程,统计其在近表界面处网格内的流场信息,该流场信息作为待模拟的初始参数。4.根据权利要求3所述的基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法,其特征在于,所述表界面包括气固、气气、气液、液固、液液中任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求2或4所述的基于离散
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连续耦合模型模拟的并行加速方法,其特征在于,所述步骤1)的模拟设置信息包括流体流速、平均流速、温度分布、流体各组分和各组分浓度分布。6....
【专利技术属性】
技术研发人员:赵明璨,邱天昊,李成祥,葛蔚,
申请(专利权)人:中国科学院过程工程研究所,
类型:发明
国别省市:
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