DSMC框架中相互作用的湍流与稀有气流的多尺度模拟
计算物理
2025-03-14 v1 流体动力学
摘要
提出一种多尺度随机-确定性耦合方法，用于在统一框架内探讨湍流与稀有气流之间复杂相互作用。该方法间歇性地将通用合成迭代方案与剪切应力传递湍流模型集成到直接蒙特卡罗（DSMC）方法中，使其能够模拟自由分子、过渡、滑移和湍流各个流动 regimes。首先，从DSMC直接导出的宏观合成方程与湍流模型耦合，建立包含湍流和层流传输系数，以及描述稀有性效应的高阶项的本构关系。其次，统计采样得到的宏观属性以及湍流模型提供的湍流属性，用作求解宏观合成方程的初始条件。最后，根据合成方程获得的宏观属性更新DSMC中的模拟粒子。数值模拟表明，所提方法在各流动 regimes 下均渐近收敛于湍流模型或DSMC结果，能够自适应调整。随后，将该耦合方法应用于模拟被高超声速稀有气流包围的反向喷嘴，揭示湍流与稀有效应相互作用导致表面性质发生显著变化。该研究为模拟稀有气流中湍流、高超声速条件及化学反应的耦合效应提供了有效方法，为未来研究奠定了基础框架。
引用
@article{arxiv.2503.10478,
title = {Multiscale simulation of interacting turbulent and rarefied gas flows in the DSMC framework},
author = {Liyan Luo and Songyan Tian and Lei Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.10478},
year = {2025}
}