等离子体羽流在稀薄环境中扩散时,连续流数值方法不再适用,羽流场中组分复杂,碰撞种类多,发生复杂的化学反应,同时粒子运动到壁面,与壁面发生碰撞,部分粒子被反射回流场中,部分粒子与壁面发生化学反应,生成新的粒子。再者,在电场作用下带电离子运动复杂,从而导致化学反应和壁面相互作用更加复杂。本文采用DSMC/PIC混合算法,针对等离子体羽流的扩散、演化过程展开研究,主要研究内容有以下几个方面:开展中性粒子的离解-复合反应模型、中性粒子与带电离子间的电荷转移反应模型和壁面化学反应模型研究。带电离子参与化学反应,但忽略电场和磁场对带电离子的影响。在小圆筒侧壁圆孔注入中性粒子、带电离子和金属原子,开展化学反应模型数值模拟研究。通过研究表明,壁面化学反应对流场的时空分布和输运特性影响较大,电荷转移反应影响较小,中性粒子的离解-复合反应对流场中H₂和H的时空分布影响较为明显,而对不参与化学反应的金属原子X、H₂⁺和H⁺几乎没有影响。基于课题组DSMC程序开发了非定常DSMC/PIC混合算法。在DSMC模块的基础上添加PIC模块求解泊松方程计算电场。针对圆孔注入H原子采用DSMC方法、注入H⁺采用PIC方法、注入H、H⁺采用DSMC/PIC混合算法开展模拟研究,将计算结果进行对比分析,结果表明H原子和H⁺数密度、温度沿轴线方向均逐渐下降。开展非定常带化学反应DSMC并行算法研究。基于MPI通信初步实现了并行计算,在工作站上对并行算法进行测试,测试结果表明串行计算结果和并行计算结果吻合较好,在32节点时加速比达到8,计算效率得到很大提高,但同时也发现并行算法负载均衡性有待进一步优化。