基于统一气体动理学波粒方法的非平衡流模拟

非平衡流在航空航天工程中十分常见，数值模拟对于理解航天器飞行中的非平衡流动动力学至关重要。统一气体动理学波粒（UGKWP）方法已发展为一种多尺度流动模拟方法，其在单元界面通量评估中通过数值时间内的粒子输运与碰撞耦合进行建模。UGKWP在多尺度流动模拟（尤其是高速流）中平衡了精度与效率。本研究使用UGKWP方法模拟了球体周围超声速流、航天器周围高超声速流、喷管羽流进入真空以及高超声速流中的侧喷流撞击。UGKWP在单一计算中精确给出喷管内的Navier-Stokes解，并延伸至外部环境的自由分子流。流动相互作用中的复杂结构已被UGKWP方法捕捉。所有模拟结果均通过实验测量或直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法验证。UGKWP方法仅需60 GiB内存即可在不同流动条件下模拟具有560593个单元的三维航天器，使其在航空航天工程应用中高效且准确。