谱粒子流动中的混合气动力学方案与离散速度方法

气动力学方案（GKS）在连续流动仿真中表现出高计算效率和准确性，但难以可靠地捕捉稀疏化效应。相比，尽管离散速度方法（DVM）更适用于稀疏流，但在连续层面上会出现准确性下降和收敛缓慢的问题。为克服这些限制，本文提出一种混合GKS-DVM方法，将两种方法的优势相结合。该混合方法通过数值碰撞时间，将GKS中的平衡分布函数与DVM中经过上风重构的非平衡分布函数进行平衡。这种平衡策略能够在连续极限下（渐近保持）恢复Navier-Stokes解，同时自然地捕捉自由分子流在稀疏极限中的行为。此外，引入数值碰撞时间显著增强了在连续流应用中的冲击捕捉鲁棒性。为进一步降低混合方法的计算成本，本文提出了基于局部诺克斯数和马赫数的若干自适应策略。通过四个具有代表性的测试案例系统评估所提混合方法的有效性和准确性：平板边界层、驱动腔流、冲击结构以及半圆体流动。前两个案例处于连续条件下，后两个案例跨越广泛的诺克斯数范围。结果表明，所提方法在连续和稀疏流动 regimes 中均实现了高解算精度和计算效率。