激波是一种以超声速传播的强扰动波，可以通过气体、液体和固体介质传播。在实验研究中，激波管通常被当作一种理想的激波产生装置。然而由于激波管壁面粘性以及热传导等因素的影响，实际激波管中的气体流动特性在一定程度上会偏离理想激波管理论。由于运动气体状态与静止激波管壁面存在差异，激波在激波管中传播时，会在波后诱导出一非定常边界层，激波速度和激波强度逐渐减小，同时接触面速度逐渐增大，发生明显的激波衰减现象。特别地，对于小尺度以及低压激波管来说，这一激波衰减现象会更为显著。由于激波的减速和接触面的加速，激波管内2区或5区的有效实验时间将大幅减小。同时激波的衰减还将引起流场品质的下降，进一步可能导致激波分叉的产生以及“驱动气体污染”等不利影响。因此，针对激波衰减这一物理问题的机理研究，将有助于对激波管实验的数据解读和平台优化，具有现实指导意义。

平面激波在激波管中的衰减是一类由壁面引起的非定常运动，其中涉及激波间断、激波诱导边界层的产生、边界层与激波的相互作用等复杂物理现象。文献中已有很多研究认识到运动激波在激波管或槽道中传播时会发生衰减，但是激波衰减的详细机理仍不清楚，主要原因有：研究手段缺乏，微观分析困难，计算资源需求大等。本文把二维激波衰减问题分成两个步骤研究。首先，对静止气体在无穷大壁面突变下（一维可压缩Rayleigh问题）的流场发展过程进行数值模拟，分析可压缩气体的运动规律及扰动传播特性。其次，采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法模拟二维平面激波的衰减过程，研究激波衰减过程的详细机理，并对影响激波衰减程度的影响因素进行讨论。具体内容如下。

1）分别采用DSMC方法、计算流体动力学（CFD）方法两种手段，针对一维可压缩Rayleigh问题从自由分子流到连续流的全流域流场进行了数值模拟，详细分析了壁面速度及温度间断在平板法向上的发展和传播过程。计算结果发现，在平板起动初期（100个气体初始状态分子平均碰撞时间之前），CFD方法均不能给出平板表面参数以及可压缩气体扰动参量分布的准确估计，而在1000个气体初始状态分子平均碰撞时间之后，相较于AUSMpw格式和Van Leer的FVS格式来说，Roe的FDS格式计算结果与DSMC结果吻合得更好，包括平板热流、剪切应力以及平板上方可压缩气体扰动参量分布。进一步的分析发现，气体流场中通常存在以近声速传播的扰动波以及厚度随时间的0.5次方发展的边界层。具体来说，扰动波的传播速度与壁面的温度、速度间断强度密切相关，其大小与气体声速的量级相当，且逐渐过渡到当地声速；扰动波幅值的大小随着时间的推移会发生明显的衰减。

2）采用DSMC方法对二维平面激波沿激波管轴向传播和衰减的物理过程进行数值模拟，分不同阶段描述了壁面边界层扰动与激波间断结构之间的相互作用，对平面激波衰减过程进行了详细的机理分析，并对影响激波衰减程度的影响因素进行讨论，包括激波管尺寸、马赫数的影响等。计算结果发现，与可压缩Rayleigh问题类似，运动激波的下游处，激波管壁面上会发展出一非定常的边界层，同时流场中诱导出一个低压扰动波，该扰动波受到激波管外形的限制会在激波管高度方向上发生来回多次反射逐渐衰减。激波与边界层干扰区附近，气体法向速度冲向壁面，边界层如同一个“漏”的作用，带走了很大一部分的流场质量。同时激波结构向运动激波下游方向发生明显的弯曲，激波轮廓、激波马赫数衰减曲线均呈现周期振荡的特性，振动频率与下游扰动波在激波管内的反射频率一致。最后，数值模拟结果还表明，激波管尺度越小、初始激波马赫数越大，激波衰减越严重。