1、本文以火星探測為研究背景，針對飛行器高超聲速再入火星稀薄大氣過程中的流動問題，采用直接模擬蒙特卡羅方法(the Direct Simulation Monte-Carlo method,DSMC)開展研究，考慮熱化學(xué)非平衡效應(yīng)，發(fā)展了一套可求解火星大氣稀薄流動的DSMC數(shù)值模擬程序。
　　首先分析了火星環(huán)境特征和探測關(guān)鍵技術(shù)，基于火星大氣高稀薄程度的特點，確定了采用DSMC方法模擬火星大氣高超聲速流動的技術(shù)途徑。
　　其次，

2、梳理了DSMC方法模擬稀薄氣體流動所涉及的分子氣體動力學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，闡述了DSMC方法的算法實現(xiàn)過程，結(jié)合基本算例對本文程序予以驗證。根據(jù)研究工作中的經(jīng)驗，提出網(wǎng)格劃分、模擬分子數(shù)設(shè)定、計算量預(yù)估等方面的一些建議。
　　然后，研究了火星大氣化學(xué)反應(yīng)DSMC方法的實現(xiàn)，分析了2CO分子振動模態(tài)，給出多原子分子振動能松弛在DSMC中的實現(xiàn)方法，建立火星大氣化學(xué)反應(yīng)模型并將其嵌入DSMC方法中，發(fā)展了一套可用于火星大氣稀薄流化

3、學(xué)反應(yīng)效應(yīng)計算與分析的求解程序，采用不同組元反應(yīng)算例對程序予以驗證，在此基礎(chǔ)上研究了火星大氣熱化學(xué)非平衡效應(yīng)。
　　最后，基于本文發(fā)展的火星大氣稀薄流DSMC計算程序，研究了氣體稀薄程度對流場特性的影響，總結(jié)了流場結(jié)構(gòu)隨努森數(shù)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了一種稀薄流流場預(yù)估的經(jīng)驗方法，并運用該方法成功預(yù)估了高超聲速圓柱繞流激波位置。
　　本文發(fā)展的計算技術(shù)可對高超聲速稀薄流場特性與氣動特性進行數(shù)值模擬與分析，可用于地球、火星大