某型小行星采样器的采样过程分析

发布时间：2023-10-11 22:00

　　小行星是研究太阳系形成过程和早期演化的重要对象,并且具有潜在的资源开采价值。本文是为配合某小行星探测计划而进行的数值模拟研究。本文利用CFD++和STAR-CCM+等软件分析了某型小行星表面采样装置的采样过程,分别对采样器内无颗粒的纯流场、小直径颗粒的采集过程、大直径颗粒的采集过程进行了数值模拟。在纯流场模拟中验证了采用二维简化模型的可行性,模拟了高超声速射流的流态。在模拟颗粒采集过程时分别使用了只有主流喷口起作用的单喷口结构和主流喷口与侧壁小喷口同时起作用的多喷口结构,对比分析了相应采样效果。在模拟小颗粒采集过程时使用了基于欧拉-拉格朗日方法的多相流模型,在模拟大颗粒采集过程时使用了重叠网格方法。研究结果表明,多喷口结构中侧壁小喷口的支流能够起到稳定流场的作用。侧壁喷口在采集小直径颗粒时能够压缩颗粒随气流运动的扩张范围,从而帮助颗粒进入采集管道,而在采集大直径颗粒时侧壁喷口的气流在压缩主流区域的同时还有助于减缓气体从采样器与小行星表面的缝隙泄漏,从而提高气体采集效率。本文有效克服了地面实验中难以同时实现无重力和真空环境的困难,为小行星表面采样装置的设计提供了依据和参考。

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景与意义
    1.2 小行星表面采样技术发展现状
    1.3 文章结构
第二章 物理模型和计算方法
    2.1 物理模型
        2.1.1 问题描述
        2.1.2 流体模型
        2.1.3 边界条件
    2.2 计算方法
第三章 无粒子情况下的流动
    3.1 稀薄气体超声速流动概述
    3.2 几何模型
    3.3 网格划分
    3.4 计算设置
    3.5 计算结果
        3.5.1 二维单喷口
        3.5.2 二维三喷口
        3.5.3 三维流场
    3.6 本章小结
第四章 小直径颗粒的采集过程
    4.1 欧拉-拉格朗日方法概论
    4.2 几何模型
    4.3 网格划分
    4.4 计算设置
    4.5 计算结果
        4.5.1 单喷口结构计算结果
        4.5.2 三喷口结构计算结果
    4.6 本章小结
第五章 大直径颗粒的采集过程
    5.1 Overset网格技术介绍
    5.2 几何模型
    5.3 网格划分
    5.4 计算设置
    5.5 计算结果
    5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢



本文编号：3852872