含辐射稀薄气体流动的动力学建模

针对高温稀薄（或非平衡）含辐射气体流动，提出了两种动力学模型。其中一种模型采用玻尔兹曼碰撞算子描述气体分子的平动，能够捕捉分子间势的影响；另一种采用弛豫时间近似，具有更高的计算效率。在动力学建模中，不仅恢复了剪切/体积黏度和热导率等输运系数，还恢复了其基本的弛豫过程。同时，气体流动与辐射的非平衡动力学以自洽方式耦合。这两种提出的动力学模型首先通过直接模拟蒙特卡洛方法在若干无辐射稀薄气体流动中得到验证，包括正激波、傅里叶流、库埃特流以及由麦克斯韦妖驱动的蠕流。随后，研究了强辐射下的稀薄气体流动，不仅在上述一维气体流动中，也在二维绕圆柱辐射高超声速流动中展开。除气体流动的克努森数外，还细致考察了光子克努森数与相对辐射强度的影响。研究发现，辐射对障碍物表面的总传热有显著贡献。