通过GSIS加速低方差DSMC的收敛
流体动力学
2022-10-18 v2
摘要
低方差直接模拟蒙特卡洛(LVDSMC)是模拟低速稀薄气体流动的一种有力方法。然而，在近连续流区，由于时间步长和空间网格尺寸的限制，其寻找稳态解需要耗费大量时间。在此，我们通过将LVDSMC与通用合成迭代格式(GSIS)耦合来消除这些缺陷，后者允许在流体力学尺度而非小得多的动力学尺度上进行模拟。作为概念验证，我们基于Bhatnagar-Gross-Krook动力学模型提出了随机-确定性耦合方法。首先，从动力学方程精确导出宏观合成方程，其不仅包含Navier-Stokes-Fourier本构关系，还涵盖描述稀薄效应的最高阶项。然后，从LVDSMC中提取高阶项并输入合成方程，以预测比LVDSMC更接近稳态解的宏观属性。最后，更新LVDSMC中模拟粒子的状态以反映宏观属性的变化。结果表明，向稳态的收敛被极大加速，且对网格尺寸和时间步长的限制被解除：在模拟若干典型稀薄气体流动后，我们证明LVDSMC-GSIS在近连续流区将计算代价降低了两个数量级。
引用
@article{arxiv.2209.07733,
title = {Boosting the convergence of low-variance DSMC by GSIS},
author = {Liyan Luo and Qi Li and Lei Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.07733},
year = {2022}
}
备注
22 pages, 10 figures, 3 tables