本发明涉及发动机真空环境气固两相流的数值模拟，且具体地涉及一种cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术。
背景技术：
1、月尘是一直困扰月面着陆/上升探测器性能及航天员健康等突出问题的污染来源，已造成多次着陆月球的精密仪器和太阳能电池帆板的失效以及航天员的肺部损伤。月尘对探测器敏感仪器、热控系统、密封系统、机械结构和材料表面磨损等方面都具有很大的破坏性。通过对月尘在着陆器发动机高速羽流冲击下的动力学特性进行研究，模拟在探测器羽流高速冲击作用下月尘的卷起、扩散和下降过程，可以配合探测器找到有利的登月地点，有效降低月尘对探测器、月球车及宇航员的危害；进一步提出可靠有效的防尘和除尘方案，为载人登月和建立月球空间科研站重大战略任务中的人机长时驻月提供支撑，具有重要应用价值。
2、月球表面无大气且低重力的环境使得发动机羽流扬尘特性研究非常复杂，国内外研究学者先后提出了地面实验、着陆图像分析和仿真研究三种方法。地面实验研究过程中无法长时间保持高速羽流的真空、低重力环境条件，无法在短时间内对不同任务的整个羽流扬尘过程进行定量实验。着陆图像虽然可以客观记录扬尘过程中的月面侵蚀特性，但有限的探月任务无法获得大量的数据，难以支撑羽流扬尘特性的全阶段研究。仿真研究不受限于实验条件和数据数量，可以通过图像数据分析结果，持续完善羽流扬尘模型，深入分析羽流扬尘特性，成为了此类研究的主要手段。
3、zhang等研究了“嫦娥五号”低推力羽流表面侵蚀过程和侵蚀特性，建立了嫦娥五号着陆器发动机羽流仿真模型，采用roberts侵蚀模型，使用拉格朗日框架下的离散相模型来研究月球尘埃粒子的动力学特性，但是该研究中流场的数值模拟只使用了cfd方法，没有考虑流场稀薄时n-s方程失效的问题，也没有考虑月尘颗粒对羽流流场的反向影响。
4、li等将模拟粒子运动的动力学方法与模拟稀薄羽流场的直接模拟蒙特卡罗方法相结合，建立了模拟羽流与月球尘埃相互作用的宏观气粒双向耦合方法，考虑了宏观气动力、羽流与月球尘埃之间的对流换热以及月尘粒子对羽流的反作用，并采用微观气粒双向耦合方法与宏观方法进行比较，但是该研究中没有建立月尘污染影响区模型，只考虑了流场中的月尘颗粒对羽流流场的影响而没有考虑月面侵蚀坑对羽流流场的影响。
5、morris等采用dsmc方法对发动机喷管内的羽流特性及月面真空环境羽流扩散特性进行了研究，同样采用气固双向耦合的方法，但也没考虑到月面侵蚀坑对羽流流场的影响，并且没有对月尘颗粒的侵蚀建立物理模型。综上所述，国内外对于羽流冲击月尘运动的数值模拟，缺乏一种建立月尘颗粒与流场双向耦合模型并描述月尘详细侵蚀过程以及侵蚀坑对羽流反向影响的模拟方法，无法反映真实的羽流冲击月尘的物理过程。
6、综上可知，现有技术中并没有能够同时模拟月尘与羽流相互作用、月面侵蚀坑与羽流相互作用，从而模拟出真实的羽流冲击月尘的物理过程的方法。
技术实现思路
1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，包括：在探月着陆器发动机羽流冲击月尘的计算域内，通过建立时间推进的瞬态气固两相流模型，通过对月尘颗粒堆积、月尘颗粒与流场相互作用的模拟，完成对真实羽流冲击月尘的物理过程的仿真；
3、其中，所述瞬态气固两相流模型包括：连续流区的cfd-dem双向耦合模型和稀薄流区的dsmc-dem双向耦合模型。
4、优选的是，通过对连续流区、稀薄流区两个计算域的耦合，完成全计算域的统一时间推进；
5、其中，两个计算域之间由入口和出口边界条件连接，以连续流区的出口边界作为稀薄流区的入口边界来实现两个区域的耦合。
6、优选的是，通过对月尘在羽流冲击下的运动距离、滞空时间、数密度分布和速度分布进行计算，完成月尘在着陆器发动机羽流冲击下的动力学特性的仿真。
7、优选的是，连续流区、稀薄流区的划分是在二维轴对称的坐标体系下，将喷管及其附近的核心区羽流流场，以及核心区羽流流场下方的月尘污染区定义为连续流区，将距离喷管较远的羽流流场，以及羽流流场下方的月尘污染区定义为稀薄流区。
8、优选的是，在喷管出口附近的羽流致密区，通过求解n-s方程对羽流致密区的羽流进行cfd模拟；
9、使用dem离散元方法模拟月尘颗粒，对月尘颗粒进行受力分析，以根据牛顿第二定律更新月尘颗粒的运动状态，完成对月尘颗粒侵蚀过程和空中运动轨迹的模拟；
10、其中，所述受力分析的内容包括：流场的曳力、重力、电场力、颗粒之间的接触力、范德华力。
11、优选的是，在距离喷管出口较远的羽流稀薄区，使用dsmc直接模拟蒙特卡洛方法进行流场的仿真，且dsmc计算域的入口边界为cfd计算域的出口边界；
12、采用dsmc中对气体分子之间的概率碰撞进行模拟，以对稀薄流中对月尘颗粒的曳力效果进行仿真；
13、采用dsmc中对气体分子-固体颗粒之间的碰撞进行模拟，以对月尘颗粒对气相的反向作用进行仿真。
14、本发明至少包括以下有益效果：本发明通过提出一种cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，建立月尘颗粒与流场双向耦合模型(即cfd-dem双向耦合模型和dsmc-dem双向耦合模型)并描述月尘详细侵蚀过程以及侵蚀坑对羽流反向影响的模拟方法，能够反映真实的羽流冲击月尘的物理过程，对登月任务中着陆器发动机羽流吹起月尘的运动距离和运动时间的预测提供技术支持，对月尘的预先防护提供参考。
15、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
1.一种cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，包括：在探月着陆器发动机羽流冲击月尘的计算域内，通过建立时间推进的瞬态气固两相流模型，通过对月尘颗粒堆积、月尘颗粒与流场相互作用的模拟，完成对真实羽流冲击月尘的物理过程的仿真；
2.如权利要求1所述的cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，通过对连续流区、稀薄流区两个计算域的耦合，完成全计算域的统一时间推进；
3.如权利要求2所述的cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，通过对月尘在羽流冲击下的运动距离、滞空时间、数密度分布和速度分布进行计算，完成月尘在着陆器发动机羽流冲击下的动力学特性的仿真。
4.如权利要求1所述的cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，连续流区、稀薄流区的划分是在二维轴对称的坐标体系下，将喷管及其附近的核心区羽流流场，以及核心区羽流流场下方的月尘污染区定义为连续流区，将距离喷管较远的羽流流场，以及羽流流场下方的月尘污染区定义为稀薄流区。
5.如权利要求1所述的cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，在喷管出口附近的羽流致密区，通过求解n-s方程对羽流致密区的羽流进行cfd模拟；
6.如权利要求1所述的cfd/dsmc耦合dem的羽流月尘模拟技术，其特征在于，在距离喷管出口较远的羽流稀薄区，使用dsmc直接模拟蒙特卡洛方法进行流场的仿真，且dsmc计算域的入口边界为cfd计算域的出口边界；
