基于 Bhatnagar-Gross-Krook 模型的多原子气体统一随机粒子方法及其与 DSMC 的结合
流体动力学
2022-10-19 v1 计算物理
摘要
模拟航天器周围的高超声速流动具有挑战性，因为这些流动固有的多尺度与非平衡特性。为有效处理此类流动，近期发展了将随机粒子 Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) 方法与直接模拟蒙特卡洛 (DSMC) 相结合的粒子-粒子混合格式，但仅适用于单原子气体 [Fei 等, J. Comput. Phys. 2021]。本文将此工作推广至多原子气体的粒子-粒子混合方法。在近连续区，采用 Y. Dauvois 等 [Eur. J. Mech. B Fluids, 2021] 提出的带离散振动能级水平的椭球统计 BGK 模型，遵循统一随机粒子 BGK (USPBGK) 格式的思想首先建立随机粒子 BGK 方法。在流体极限下，已证明其具有二阶时间与时域精度。随后，将带转动与振动能量的 USPBGK 格式与 DSMC 结合，构建针对多原子气体的混合方法。本混合格式通过均匀弛豫、一维激波结构以及二维高超声速绕楔与绕圆柱流动的数值试验进行了验证。相比传统随机粒子方法，所提混合方法能以低得多的计算代价实现更高精度。因此，它是研究多尺度高超声速流动更高效的方法。
引用
@article{arxiv.2202.00464,
title = {A unified stochastic particle method based on the Bhatnagar-Gross-Krook model for polyatomic gases and its combination with DSMC},
author = {Fei Fei and Yuan Hu and Patrick Jenny},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.00464},
year = {2022}
}