### CFD-Fluent算例仿真手册2021-R1知识点详解 #### 一、CFD Fluent简介 CFD（Computational Fluid Dynamics）是一种利用数值分析和数据结构技术求解流体力学问题的方法。Fluent是Ansys公司旗下的一个高性能计算流体动力学软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等多个领域。Fluent以其强大的功能和易用性著称，能够模拟复杂的流动现象，包括但不限于湍流、多相流以及化学反应等。 #### 二、高超声速飞行器仿真实例解析 在“CFD-Fluent算例仿真手册2021-R1”中，关于高超声速飞行器的仿真案例是该手册的一大亮点。高超声速飞行器通常指速度超过5马赫的飞行器，这类飞行器在大气层内高速飞行时会产生极端高温和复杂的气动特性。因此，在设计过程中需要通过CFD仿真来优化其外形设计，预测气动加热情况，并评估热防护系统性能。 **具体步骤如下：** 1. **几何建模与网格划分：** - 使用Ansys Workbench中的ICEM CFD或Ansys Meshing进行几何模型的创建与网格划分。 - 考虑到高超声速流动中存在激波和边界层分离等复杂现象，需要对这些区域进行精细网格划分以提高计算精度。 2. **物理模型选择：** - 对于高超声速流动，通常采用Euler方程或Navier-Stokes方程进行模拟。 - 在处理高焓流场时，还需要考虑化学反应和非平衡效应等因素。 3. **边界条件设置：** - 设置入口速度为高超声速，出口边界可以采用超声速出口条件。 - 表面边界条件需根据实际热防护材料性质设置相应的热导率和比热容。 4. **求解设置：** - 选择合适的求解算法（如压力基或密度基）以及收敛准则。 - 对于瞬态仿真，还需设置时间步长和总仿真时间。 5. **结果后处理与分析：** - 利用Ansys Fluent自带的后处理工具或导入Ansys CFX-Post进行数据分析。 - 分析结果主要包括气动加热分布、流场结构以及压力分布等关键指标。 #### 三、等离子体及其在高超声速流动中的应用 随着飞行器速度的提高，当达到一定速度（通常为5-6马赫）时，飞行器周围的空气会被压缩至极高温度，形成等离子体鞘套。这种等离子体鞘套不仅影响飞行器的热防护性能，还可能干扰无线电信号传输，成为高超声速飞行面临的一大挑战。 **等离子体鞘套的主要特点：** - **电离程度：**等离子体由电子、离子组成，其电离程度随温度升高而增加。 - **热导率：**相比气体，等离子体具有更高的热导率，这意味着飞行器表面将承受更大的热负荷。 - **电磁屏蔽效应：**等离子体对电磁波有吸收作用，可能导致通信中断。 **等离子体鞘套仿真方法：** 1. **化学反应模型：** - 建立准确的化学反应模型，考虑电子激发、解离、复合等过程。 - 需要精确计算各种反应速率常数以及等离子体组分浓度。 2. **电磁场耦合：** - 为了研究等离子体鞘套对无线电信号的影响，需建立电磁场与流动场之间的耦合关系。 - 这涉及到电磁场求解器与CFD求解器之间的数据交换。 3. **多物理场耦合：** - 实现流场、热场、化学反应场以及电磁场之间的耦合，全面评估等离子体鞘套对飞行器性能的影响。 #### 四、结语 “CFD-Fluent算例仿真手册2021-R1”提供了丰富的案例和详细的步骤指导，对于从事高超声速飞行器设计与研发的工程师来说是一份非常有价值的参考资料。通过学习该手册中的实例，不仅可以加深对CFD理论的理解，还能掌握先进的仿真技术，从而更好地应对未来航空领域的挑战。

MATLAB是一种广泛应用于科学计算、数据分析以及工程领域的高级编程环境，尤其在物理模拟和仿真方面具有强大能力。在本主题“matlab_PIC-MCC等离子体仿真”中，我们将探讨如何利用MATLAB进行粒子-in-cell（PIC）蒙特卡洛碰撞（MCC）方法的等离子体仿真。 等离子体是物质的第四种状态，由正负电荷粒子组成，如电子、离子和原子核。在天体物理学、核聚变、半导体制造等领域都有广泛应用。在等离子体研究中，由于其复杂的动力学行为，通常需要通过数值模拟来理解和预测其行为。PIC-MCC方法就是一种常用的数值模拟技术。 1. **粒子-in-cell（PIC）方法**： - PIC方法是将等离子体中的大量粒子群体划分为小的网格单元，每个单元代表一定数量的粒子。这些粒子的运动和相互作用通过迭代过程进行计算。 - 在MATLAB中，可以使用矩阵运算和并行计算功能实现高效的大规模粒子追踪，模拟等离子体的行为。 2. **蒙特卡洛碰撞（MCC）**： - 蒙特卡洛方法是一种统计模拟技术，用于模拟随机事件。在等离子体仿真中，MCC用于处理粒子间的碰撞过程。 - 在MATLAB中，可以编写程序来随机选择粒子对进行碰撞计算，考虑库仑散射、辐射损失等物理效应，从而得到更真实的仿真结果。 3. **MATLAB编程技巧**： - 数据结构：使用MATLAB的数组和矩阵结构存储粒子信息，如位置、速度、电荷和质量。 - 时间推进：采用四阶Runge-Kutta或其他数值积分方法更新粒子状态。 - 并行计算：利用MATLAB的Parfor循环进行并行计算，加速大规模粒子系统的模拟。 4. **可视化工具**： - MATLAB内置强大的图形用户界面（GUI）和数据可视化工具，能够实时显示等离子体的电场、磁场、密度分布等物理量，帮助研究人员直观理解仿真结果。 5. **优化与性能**： - 为了提高仿真的效率和准确性，需要优化代码，减少不必要的计算和内存开销。 - 使用MATLAB的编译器或者接口连接其他高性能计算库（如CUDA或OpenMP）可以进一步提升性能。 在“PIC-MCC等离子体仿真”这个项目中，你可能需要分析提供的文件，了解仿真模型的构建、参数设置、结果解析等方面的内容。通过深入学习和实践，你可以掌握使用MATLAB进行等离子体仿真的核心技能，并将其应用到实际科研问题中。

开展了激光诱导等离子体屏蔽冲击波演化过程研究。利用光学阴影成像诊断技术, 分析了纳秒激光透过玻璃聚焦在铝靶表面上分别产生的等离子体与冲击波碰撞的时间和空间演化过程。随着玻璃与铝靶间距增加，冲击波碰撞时间增加。研究结果表明，冲击波相互碰撞时本身并不发生相互作用，而是等离子体与冲击波发生作用，出现冲击波波前畸变甚至破碎现象，存在等离子体屏蔽冲击波过程，最后探讨分析了等离子体屏蔽冲击波物理机制。

圆二色性在手性传感中是有用的。该档案提供了用于计算等离子体手性结构的圆二色性的3D模型。

在强激光与水介质作用过程中，等离子体和冲击波的形成机理是人们关心的主要问题之一。采用双脉冲激光纹影摄影法，获得了强激光作用时水中的冲击波流场图形，建立了激光与水作用两相流计算模型，建模时考虑了激光吸收，水体汽化、等离子体形成和膨胀等过程。对强激光作用水体形成冲击波的过程进行了数值模拟计算，获得了与实验相符的计算结果。进一步分析了激光诱导等离子体冲击波的传播特性，并与经典理论模型结果进行了比较。研究结果表明，在激光作用下，水中等离子体快速膨胀形成的冲击波传播初始速度高达上千米每秒，压力约为十几吉帕，随后冲击波的速度和压力迅速衰减，1 μs后衰减到声波速度。

常规扬声器通过使用磁体和电感器来驱动振动膜，产生可以被人耳听到声音的压力波。而等离子扬声器的不同之处在于，在两个电极之间使用等离子弧产生压力波。这样等离子扬声器的输出频率不受靠震动位移条件产生的频率限制。无线等离子蓝牙扬声器是一个采用等离子电弧传播声音的系统，它具有全向无损传播的能力并且不需要传统的扬声器喇叭设备。我们的项目是一个低成本的无线等离子蓝牙扬声器系统，它可以在 你的办公桌就可以轻松搞定的一个很酷的灯光秀和令人惊叹的，眼花缭乱的桌面扬声器系统!无线音乐从你的iPhone, iPad,三星或其他Android设备,通过蓝牙连接到具有蓝牙传输介质的等离子体设备中，等离子体设备中的高压产生的电弧会随着音乐的节奏舞蹈移动。等离子体音箱的最初应用是1946年，发明家Siegfried Klein于1946年为其申请了专利。我们这个系统与传统扬声器驱动器（例如纸盆扬声器）相反，主要使用原子级粒子作为声压波的驱动。 等离子体放电会激发周围的粒子和离子，使其与中性空气粒子发生碰撞。 这些碰撞是可以造成声音的压力波, 因此等离子扬声器具有一些相对独特的属性。 立体声等离子扬声器意味着我们有两个相同的电路和四个放电电极，用于两个扬声器创建立体声效果。该系统的概略示意图如下图 所示: 一、工作原理介绍 等离子体是一个新世纪最热门的学科，等离子体的产生通常是使用高压放电的原理来产生等离子弧，它是电离气体进行导电。 当一个音频信号通过等离子会与音频信号同步且产生共振。 等离子体的快速扭转振动空气而创建奇特的声音。我们的无线等离子蓝牙扬声器系统的音源可通过使用带蓝牙功能的iPAD播放器、电脑、手机等等,见下图所示: 二、系统设计介绍 在这个系统中，我们采用的是脉冲宽度调制器集成电路TL494，它也通常用于开关电源设计中。我们将使用它来提供驱动Mosfet管的频率，后者Mosfet管又驱动反激式的初级绕组。 TL494具有两种不同的输出控制模式。有并行模式和推挽模式。我们这个设计需要并行模式，电路中可将TL494中的Pin13 OUTC 通过跳线跨接至地。因此这里有两种音频调制技术可选: 音频调制技术1 是以固定的死区时间运行，但通过运放将声音应用到TL494的RC部分。这将改变进入初级绕组的波的频率。通过改变频率，我们可以产生不同的等离子弧，产生不同的声压并产生我们的音频。我们在使用这项技术时遇到了麻烦，因为它会使我主电源一直处于短路保护模式。因此我们采用另外一种技术。 音频调制技术2 我们的TL494可以提供一个高频驱动信号来运行Mosfet，该Mosfet负责我们的初级绕组。现在我们需要调制该频率，以使其产 生等离子弧变化，从而产生声压波。有两种方法可以做到。 “第二个方法是将音频输入到停滞时间控件中。该技术将改变TL494产生的脉冲宽度。通过改变脉冲宽度，我们向初级绕组提供不同量的能 量，这将导致等离子弧的变化而产生声音。 方案来源于大大通

通过在弛豫时间近似中使用手性动力学理论的协变公式，我们推导了带有背景电磁场的带电手性等离子体的一阶耗散流体动力学方程。 我们确定了一个旋转的手性等离子体的整体平衡状态，该等离子体被限制在具有实际边界条件的圆柱区域中。 然后，通过使用线性流体力学方程，再加上麦克斯韦方程组，我们研究了高温高密度条件下磁化旋转手性等离子体的流体力学模式。 我们发现，在两种情况下，动态电磁学都对传播模式的频谱产生深远的影响。 特别地，在高温状态下仅存在声波和Alfvén波，而在高密度下的等离激元和直升飞机。 我们还表明，手性电磁波普遍过阻尼，因为等离子体中的高电导率会导致电荷波动的有效屏蔽。 简要讨论了主要结果的物理意义。

根据空气等离子体的发射光谱计算空气等离子体的等离子体参数 specair+用户手册

假设磁场是弱的或柔和的：eB〜g4log（1 / g）T2，我们以扰动QCD的对数为先导顺序计算了两种风味的QCD等离子体在外部磁场中的剪切粘度。 我们假设磁场是均匀且静态的，并且电动力学在形式极限e→0时是非动力学的，而eB保持固定。 我们表明，剪切粘度的形式为η=η（（B））T3 /（g4log（1 / g）），其中无量纲函数η（B）为无量纲变量B =（eB）/ （g4log（1 / g）T2）。 与QCD碰撞相比，变量B相当于回旋加速器运动影响的相对强度：B〜lmfp / lcyclo。 我们提供了比例剪切粘度η′（B′）的完整数值结果。

我们提出了在非零温度下对高达3S和2P巴顿尼亚的第一个点阵QCD研究。 在晶格非相对论性QCD框架内，使用新颖的bottomonium算符和变分技术计算了bottomonia的相关函数。 我们基于简单的物理频谱函数分析了底波相关函数。 我们发现了依托邦状态的大小顺序进行的中等修饰的证据。