基于 Shakhov 模型的 Bhatnagar-Gross-Krook 方法用于多原子分子及原子与多原子混合物
流体动力学
2026-04-03 v1 计算物理
摘要
将基于 Shakhov 的 Bhatnagar-Gross-Krook（SBGK）方法在开源粒子代码 PICLas 中的实现进行了扩展，用于建模多原子分子以及包含原子和分子的混合物，同时考虑内部自由度中的非平衡态。展示了该模型的守恒性质并推导了普朗特数模型参数。为确定气体混合物的粘度和热导率，采用碰撞积分的一阶近似来计算输运性质。通过超音速库埃特流动和 70° 钝头锥体的高超声速流动等不同流动参数和气体组成的模拟测试用例对该模型进行了验证。将结果与直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法以及椭球统计 BGK（ESBGK）方法进行了比较以评估模型精度，总体取得了良好的一致性。特别是，所提出的 SBGK 模型比 ESBGK 模型更精确地捕捉了 70° 钝头锥体前方的激波。
引用
@article{arxiv.2604.01377,
title = {A Shakhov-based Bhatnagar-Gross-Krook model for polyatomic molecules and for atomic as well as polyatomic mixtures},
author = {Marcel Pfeiffer and Franziska Tuttas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.01377},
year = {2026}
}