稀薄流动条件下椭球颗粒阻力系数的建模

在航空航天与半导体制造等不同实际应用中，准确捕捉复杂形状颗粒与稀薄气体流之间的双向耦合相互作用正变得日益重要。这些条件下的颗粒输运常通过欧拉-拉格朗日点颗粒方法建模，其中稀薄效应经由颗粒所受阻力的现象学 Cunningham 修正纳入。在点颗粒方法中，通常忽略与颗粒有限尺寸、形状、取向及动量调节系数的任何显式关联。本工作中，我们旨在通过从完全解析的 DSMC 模拟出发，推导作用于不同长宽比椭球颗粒上阻力的启发式模型以弥补此不足。我们在模型中纳入通过切向动量调节系数（TMAC）预测与气-表面相互作用相关效应的能力。所推导模型可用作标准欧拉-拉格朗日点颗粒稀薄气体流模拟中的修正（以纳入形状、取向与 TMAC 效应）。此外，我们表明所得阻力修正虽形式上有界于无界气体流，亦可能应用于颗粒在近壁面附近运动的情况。我们通过考察近壁效应对扁长椭球颗粒阻力的影响做到这一点。由于约束效应，与无界情形相比阻力增大，但此类效应对于大 $Kn$ 通常可忽略，即便颗粒与固壁接触时亦然。