基于粒子的流体动力学：不同 BGK 模型与 DSMC 在超高声速流动中的比较
计算物理
2018-10-11 v2 流体动力学
摘要
Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）模型及其扩展（椭球统计 BGK、Shakhov BGK、统一 BGK）被用于基于粒子的流体动力学中，并与直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法进行比较。为此，研究了多种允许对 Shakhov 与统一目标分布函数进行高效采样的方法。因此，基于 Shakhov BGK 与统一 BGK 模型的粒子模拟得以高效进行。此外，针对 BGK 模型测试了不同的能量守恒方案。结果表明，能量守恒方案的选择对每个模型结果的质量有重大影响。这些模型在不同 Knudsen 数与壁面速度下的 Couette 流问题上得到验证。此外，这些模型与 70 钝锥周围超高声速流动的 DSMC 结果进行比较。表明统一 BGK 模型能够再现稀薄气体现象。进一步表明，对于 70 钝锥绕流，椭球统计 BGK 与 Shakhov BGK 模型在激波结构再现上的差异不显著，且显著依赖于能量守恒方法。能量守恒方法的选择对 Shakhov 模型尤为关键，而椭球统计 BGK 模型对能量守恒方案则稳健得多。另外，进行了计算时间研究，以展示基于 BGK 的模拟在低 Knudsen 数流动中相较 DSMC 的效率。
引用
@article{arxiv.1805.11030,
title = {Particle-based fluid dynamics: comparison of different BGK models and DSMC for hypersonic flows},
author = {M. Pfeiffer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.11030},
year = {2018}
}