面向全流域流动计算的三维统一气体动理波粒求解器

本文在三维非结构网格上构建了统一气体动理波粒(UGKWP)方法，并结合并行计算用于多尺度流动模拟。遵循统一气体动理格式(UGKS)的直接建模方法，UGKWP方法在不同流域中均匀建模流动动力学，并直接获得依赖于局部单元克努森数的数值解，而无需动力学尺度单元分辨率。UGKWP方法由确定性波与随机粒子的演化组成。借助动态波粒分解，UGKWP方法能够在统一框架下捕捉连续介质波相互作用与稀薄粒子输运，并在不同流动流域中实现高效率。UGKWP流动求解器通过许多不同马赫数与克努森数的三维测试用例得到验证，包括三维激波管问题、顶盖驱动腔流、高速流绕过立方体物体以及航天器周围高超声速流动。并行性能已在天河二号超级计算机上测试，观察到至多一千核处理时具有合理的并行性能。由于波粒公式，UGKWP方法在求解具有连续与稀薄流动流域共存的三维多尺度输运方面具有巨大潜力，尤其适用于近空间飞行中航天器周围的高速稀薄与连续流动。