多尺度二元气体混合物的统一气动-粒子波动方法
流体动力学
2026-05-22 v1 计算物理
摘要
本文提出一种用于模拟多尺度二元气体混合物的统一气动-波动-粒子（UGKWP）方法。该方法在离散化空间中直接建模，能够自动将气体分布函数分解为解析的流体力学波和离散粒子，分别描述其近平衡和非平衡部分。这一方法在模拟各种多尺度物理现象方面具有显著优势，如高超声速流动、等离子体输运以及辐射输运。本文采用 Groppi 等人提出的模型 [EPL, 96 (2011) 64002] 来计算局部目标平衡分布函数的宏观速度和温度，从而在连续流动 regime 中恢复正确的粘度和扩散系数。为解决热导系数问题，引入 Shakhov 模型以纠正 Prandtl 数。扩散效应不仅通过分离算子方法计入源项，还通过特征积分解计入通量演化，同时严格保持波动和粒子描述之间的一致性。此外，针对高速粒子的微观模型，改进了利用物理校正碰撞时间来确定其自由传输时间。通过一系列跨连续到稀疏 regime 的数值测试，证明所提出的 UGKWP 方法能够准确捕捉不同物种间的速度和温度差异。值得注意的是，对于高超声速流动，预测的壁面压力、剪应力和热流系数均与 DSMC 结果良好一致。
引用
@article{arxiv.2605.22274,
title = {A unified gas-kinetic wave-particle method for multiscale binary-species gas mixtures},
author = {Junzhe Cao and Yufeng Wei and Wenpei Long and Chengwen Zhong and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.22274},
year = {2026}
}