面向稀薄与多尺度流通用离散速度框架的全局自适应速度空间
流体动力学
2025-04-07 v2
摘要
稀薄流与多尺度流对航天器、超低轨道飞行器及羽流的气动设计至关重要。通过引入离散速度空间，玻尔兹曼方法（如离散速度法与原统一方法）可精确捕捉复杂且非平衡的速度分布函数(VDFs)并描述流动行为。然而，局域粒子速度空间中气体 VDFs 的极陡斜率与高度集中，使得采用结构化速度空间的玻尔兹曼方法难以描述高速流。因此，玻尔兹曼求解器需要自适应速度空间(AVS)以在复杂稀薄流与多尺度流中具备实用性。本文对 AVS 方法做了两处改进，并将其纳入通用离散速度框架，如统一气体动理学格式。首先，采用全局速度网格，以避免在计算微观通量时于物理界面处对 VDFs 进行插值，保持程序的高度并行性。其次，利用“同源性”关系重构新速度空间上的 VDFs，而非使用代价高昂的插值。即，分裂子节点的 VDF 与其父节点相同，合并父节点的 VDF 为其子节点 VDFs 的平均。此外，采用平衡分布函数的离散偏差来维持所提方法的守恒性。并且，建立了一套合适的自适应参数以增强所提方法的自动化。最后，进行了若干数值测试以验证所提方法。
引用
@article{arxiv.2212.05645,
title = {A global adaptive velocity space for general discrete velocity framework in predictions of rarefied and multi-scale flows},
author = {Jianfeng Chen and Sha Liu and Rui Zhang and Chengwen Zhong and Yanguang Yang and Congshan Zhuo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.05645},
year = {2025}
}