UGKWP 方法中用于高速流动模拟的自适应波-粒分解

借助波-粒分解，统一气体动理论波-粒（UGKWP）方法已被发展为用于多尺度流动模拟的方法。UGKWP 方法在所有流动 regime 下捕捉输运过程，而不受动理论求解器对数值网格尺寸和时间步长须小于粒子平均自由程和碰撞时间的限制。在当前的 UGKWP 方法中，以碰撞时间与数值时间步长之比定义的单元克努森数被用于分配波-粒分解中的组分。然而，UGKWP 中粒子的自适应主要是为了捕捉非平衡输运，仅依靠单元克努森数不足以识别非平衡状态。例如，在具有麦克斯韦分布函数的平衡流动 regime 中，即便单元克努森数较大，流动演化仍可由 Navier-Stokes 求解器建模。因此，为进一步提升效率，我们将引入额外的依赖于局部流动变量梯度的克努森数，发展一种自适应 UGKWP（AUGKWP）方法。由此，UGKWP 中的波-粒分解将由单元克努森数与梯度克努森数共同决定，且 UGKWP 中的粒子仅用于捕捉非平衡流动输运。AUGKWP 在决定波-粒组成时比先前仅用单元克努森数的方法高效得多。我们开展了诸多数值测试，包括 Sod 管、激波结构、圆柱绕流、再入舱绕流以及非定常喷管羽流，以验证 AUGKWP 的精度与效率。与原始 UGKWP 相比，AUGKWP 达到同等精度，但在多 regime 共存流动的模拟中具备内存缩减与计算效率方面的优势。