用于多尺度声子输运稳态解的隐式统一气体动力学粒子方法
计算物理
2025-06-12 v1
摘要
本文提出了一种高效的隐式统一气体动力学粒子(IUGKP)方法，用于获得多尺度声子输运的稳态解。该方法适配并重新解释了BGK方程的积分解以用于时间无关解。给定点的分布函数仅由周围平衡态决定，其中对应的宏观量通过来自相邻空间位置的平衡分布函数的加权和计算。从粒子视角来看，单元内宏观量的变化源于粒子跨越单元界面的输运。这些粒子根据其原单元的平衡态进行采样，并将其平均自由程作为行进距离。IUGKP方法根据物理弛豫时间尺度演化解，在大Knudsen数区域实现高效率。为加速小Knudsen数的收敛，实现了非精确Newton迭代方法，将宏观方程纳入以在近扩散极限下加速收敛。该方法还通过零碰撞概念解决了物理空间中弛豫时间变化引起的时空不一致性问题。数值测试表明该方法在加速多尺度声子输运解方面表现出色，实现了1至2个数量级的加速。IUGKP方法被证明是模拟多尺度非平衡热传导的高效且准确的计算工具，在数值性能和物理适用性方面相比传统方法具有显著优势。
引用
@article{arxiv.2506.09465,
title = {Implicit unified gas kinetic particle method for steady-state solution of multiscale phonon transport},
author = {Hongyu Liu and Xiaojian Yang and Chuang Zhang and Xing Ji and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09465},
year = {2025}
}