Skip to content

Numerical Simulations of Rarefied Gas Flow with ''Direct Simulation Monte Carlo'' Method

The target of this work is the characterization of rarefied gas flows using the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) computational method. The study of rarefied gas flows is frequent in many applications in aerospace at high altitudes, such as re-entry vehicles in upper atmosphere or entry into other planets of the solar system, satellites and spacecrafts on LEO and in deep space, nozzles and jets in space environment, dynamics of upper planetary atmospheres, global atmospheric evolution and atmospheres of small bodies.
After a more in-depth introduction for the problem and a brief presentation of the work, at first it has been analyzed the simple dilute gas, the binary elastic collision and the various molecular models used in the DSMC method. In order to characterize the gas at the molecular level, the kinetic theory of gases was briefly introduced, focusing on the velocity distribution function, the Boltzmann equation and the Chapman-Enskog theory. The latter allows us to find an explicit relationship between viscosity and temperature.
Subsequently, the DSMC method was studied in detail, describing its relationship with the Boltzmann equation and describing each procedural step within the code. The DSMC method is a direct particle simulation method based on kinetic theory. The method is explicit and time-marching and provides a probabilistic physical simulation of a gas flow by simultaneously following the motion of representative model molecules in physical space. The particles’ motion and interactions are then used to modify their positions, velocities, or chemical reactions. Particle motions are modeled deterministically, while the collisions are treated statistically. The core of the DSMC algorithm consists of four primary processes: move the particles, index and cross-reference the particles, simulate collisions, and sample the flow field. These procedures are uncoupled during each time-step.
In this work a series of one-dimensional and two-dimensional applications were studied in order to understand rarefied gas flow and to test, validate and analyze the DSMC code. The one-dimensional flows that have been analyzed are the Couette flow and the normal steady shockwave for an Argon gas flow. The Couette flow was studied from a quasi-continuous regime up to the Collisionless one, while the normal shockwave was studied by varying the upstream velocity and density, focusing on the temperature, density and thickness profiles. The two-dimensional flow that has been analyzed is an Argon flow around a circular cylinder. The DSMC solutions has been compared to a continuous solutions achieved using a numerical solver of the Navier-Stokes equations. Compared solutions are characterized by different values of the freestream velocity and density.
The last case analyzed is an axisymmetric air flow for the ESA Vega launcher. This launcher has been studied in its third stage configuration at an altitude of 130 km, paying particular attention to the scaling law of the geometric configuration, the variation of the wall temperature and the molecular air model.

CONSULTA INTEGRALMENTE QUESTA TESI

La consultazione è esclusivamente in formato digitale .PDF

Acquista
Mostra/Nascondi contenuto.
1.2. Application highlights 1.2 Application highlights Spacecraft re-entry into planetary atmospheres, the function of thrusters used on spacecraft to adjust orbits, and the behavior of outgassed plumes are all important problems in rarefied atmospheric gas dynamics. In the field of materials processing, a variety of vapor-phase processing and plasma- etch applications are used to produce thin films. In both atmospheric dynamics and materials processing, the densities of the gases are quite low. However, in the relatively new development of microsystems, such as micro electro-mechanical systems (MEMS), gases flow in micron-sized channels are at relatively high densities. Each of these distinct applications of high-Knudsen- number flows is now of practical scientific and engineering importance. This section will highligth a number of applicantions that have been successfully undertaken using a NASA’s DSMC software. The examples that will be presented are only for demonstration purposes of the capabilities and possible fields of application of the DSMC method. For further details on any of these investigations it is necessary to refer to the associated references. Martian Atmosphere entry vehicle With the development of aerospace technology and understanding the environments of Mars at- mosphere, the success probability of Mars exploration mission significantly grows in 21 st century. Martian atmosphere mainly composed of 95:7% CO 2 , 2:7% N 2 , and 1:6% Ar is quite different from Earth’s. The density is only 1:0% of Earth’s atmosphere and the temperature is lower than Earth’s. The atmosphere and climates in Mars vary severely and quasi-randomly with Mars geographic po- sition and seasons, which makes the atmosphere parameters having evident scatter characteristic. As a result, these uncertainties of atmosphere parameter do not be neglected in entry vehicles aero- dynamics computations in virtue of its interdependency with the trajectory design. An attempt has been made to analyze impact of Martian atmosphere parameter uncertainties on entry vehicle aerodynamics for hypersonic rarefied conditions with a DSMC code. Fig. 1.1 shows the pressure contours and distribution on the surface of the entry vehicle. Figure 1.1: Pressure contours and distribution on the surface of a entry vehicle (of the Martian Atmosphere) at a certain angle of attack. [18] Matteo Cimini 3

CONSULTA INTEGRALMENTE QUESTA TESI

La consultazione è esclusivamente in formato digitale .PDF

Acquista
Il miglior software antiplagio

L'unico servizio antiplagio competitivo nel prezzo che garantisce l'aiuto della nostra redazione nel controllo dei risultati.
Analisi sicura e anonima al 100%!
Ottieni un Certificato Antiplagio dopo la valutazione.

Informazioni tesi

  Autore: Matteo Cimini
  Tipo: Laurea II ciclo (magistrale o specialistica)
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aeronautica
  Relatore: Matteo Bernardini
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 192

FAQ

Per consultare la tesi è necessario essere registrati e acquistare la consultazione integrale del file, al costo di 29,89€.
Il pagamento può essere effettuato tramite carta di credito/carta prepagata, PayPal, bonifico bancario.
Confermato il pagamento si potrà consultare i file esclusivamente in formato .PDF accedendo alla propria Home Personale. Si potrà quindi procedere a salvare o stampare il file.
Maggiori informazioni
Ingiustamente snobbata durante le ricerche bibliografiche, una tesi di laurea si rivela decisamente utile:
  • perché affronta un singolo argomento in modo sintetico e specifico come altri testi non fanno;
  • perché è un lavoro originale che si basa su una ricerca bibliografica accurata;
  • perché, a differenza di altri materiali che puoi reperire online, una tesi di laurea è stata verificata da un docente universitario e dalla commissione in sede d'esame. La nostra redazione inoltre controlla prima della pubblicazione la completezza dei materiali e, dal 2009, anche l'originalità della tesi attraverso il software antiplagio Compilatio.net.
  • L'utilizzo della consultazione integrale della tesi da parte dell'Utente che ne acquista il diritto è da considerarsi esclusivamente privato.
  • Nel caso in cui l’utente che consulta la tesi volesse citarne alcune parti, dovrà inserire correttamente la fonte, come si cita un qualsiasi altro testo di riferimento bibliografico.
  • L'Utente è l'unico ed esclusivo responsabile del materiale di cui acquista il diritto alla consultazione. Si impegna a non divulgare a mezzo stampa, editoria in genere, televisione, radio, Internet e/o qualsiasi altro mezzo divulgativo esistente o che venisse inventato, il contenuto della tesi che consulta o stralci della medesima. Verrà perseguito legalmente nel caso di riproduzione totale e/o parziale su qualsiasi mezzo e/o su qualsiasi supporto, nel caso di divulgazione nonché nel caso di ricavo economico derivante dallo sfruttamento del diritto acquisito.
L'obiettivo di Tesionline è quello di rendere accessibile a una platea il più possibile vasta il patrimonio di cultura e conoscenza contenuto nelle tesi.
Per raggiungerlo, è fondamentale superare la barriera rappresentata dalla lingua. Ecco perché cerchiamo persone disponibili ad effettuare la traduzione delle tesi pubblicate nel nostro sito.

Scopri come funziona »

DUBBI? Contattaci

Contatta la redazione a
[email protected]

Ci trovi su Skype (redazione_tesi)
dalle 9:00 alle 13:00

Oppure vieni a trovarci su

Parole chiave

vega
direct simulation monte carlo
dsmc
rarefied flow
gasdynamics
compressible flow
space launcher
couette flow
normal shock wave
circular cylinder

Tesi correlate


Non hai trovato quello che cercavi?


Abbiamo più di 45.000 Tesi di Laurea: cerca nel nostro database

Oppure consulta la sezione dedicata ad appunti universitari selezionati e pubblicati dalla nostra redazione

Ottimizza la tua ricerca:

  • individua con precisione le parole chiave specifiche della tua ricerca
  • elimina i termini non significativi (aggettivi, articoli, avverbi...)
  • se non hai risultati amplia la ricerca con termini via via più generici (ad esempio da "anziano oncologico" a "paziente oncologico")
  • utilizza la ricerca avanzata
  • utilizza gli operatori booleani (and, or, "")

Idee per la tesi?

Scopri le migliori tesi scelte da noi sugli argomenti recenti


Come si scrive una tesi di laurea?


A quale cattedra chiedere la tesi? Quale sarà il docente più disponibile? Quale l'argomento più interessante per me? ...e quale quello più interessante per il mondo del lavoro?

Scarica gratuitamente la nostra guida "Come si scrive una tesi di laurea" e iscriviti alla newsletter per ricevere consigli e materiale utile.


La tesi l'ho già scritta,
ora cosa ne faccio?


La tua tesi ti ha aiutato ad ottenere quel sudato titolo di studio, ma può darti molto di più: ti differenzia dai tuoi colleghi universitari, mostra i tuoi interessi ed è un lavoro di ricerca unico, che può essere utile anche ad altri.

Il nostro consiglio è di non sprecare tutto questo lavoro:

È ora di pubblicare la tesi