通过广义边界处理进一步加速稀薄气体流动多尺度模拟
流体动力学
2023-11-07 v1
摘要
新近发展的通用合成迭代格式（GSIS）因耦合介观动理论方程与宏观合成方程，在模拟多尺度稀薄气体流动时十分高效：对于边界通量在每步迭代固定的线性化泊肃叶流，在求解气体动方程时数十次迭代内即可获得稳态解；而对于一般非线性流动，由于宏观合成方程的边界通量处理不兼容，迭代次数增加一个数量级。本文提出广义边界处理（GBT）以进一步加速GSIS收敛。其主要思想是：边界处截断的速度分布函数（类似于Grad十三矩方程中所用）由合成方程的宏观守恒量及来自动理方程的非平衡应力与热流高阶修正重构；因此，在求解合成方程的每次内迭代中，显式本构关系促使宏观边界通量实时更新，驱动流场中更快的信息交换，从而实现更快收敛。此外，来自动理方程的高阶修正可补偿截断带来的近似并保证边界精度。GSIS-GBT的精度由直接模拟蒙特卡洛法、先前版本GSIS及统一气体动理论波粒法验证。在效率方面，在近连续流区与滑移区，GSIS-GBT分别比离散速度法中的常规迭代格式及先前版本GSIS快两个和一个数量级。
引用
@article{arxiv.2311.02605,
title = {Further acceleration of multiscale simulation of rarefied gas flow via a generalized boundary treatment},
author = {Wei Liu and Yanbing Zhang and Jianan Zeng and Lei Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.02605},
year = {2023}
}