湍流与稀薄气体流动共存的多尺度模拟

从湍流到稀薄状态的复杂气体流动模拟是一个长期挑战，因为湍流与稀薄流动代表了计算空气动力学的两个极端。我们提出了一种多尺度方法来弥合这一差距。我们的方法建立在玻尔兹曼方程的通用合成迭代格式之上，并在宏观合成方程中集成 $k$-$\omega$ 模型以处理湍流效应。我们不仅利用湍流流动的实验数据验证了该方法，还确认湍流模型对高稀薄流动没有不当影响。随后将该方法应用于高超声速飞行中由稀薄气体流动环绕的对撞射流问题，结果表明湍流会对表面热流产生显著影响，而湍流模型和层流玻尔兹曼解单独均无法捕捉这一影响。本研究为推进对湍流与稀薄气体流动相互作用的理解提供了一个可行的框架。