低雷诺数黏性冲击管的再探讨
流体动力学
2026-04-28 v1 计算物理
摘要
黏性冲击管是评估纳维尔-斯特朗 (Navier-Stokes) 解算器在连续流动范畴内数值精度和流动力学特性的标准测试案例，广泛用于验证数值准确性并探讨流动物理现象。该案例包含丰富的相互作用结构——冲击波和稀疏波、接触性质点面、边界层及其耦合——跨越多个空间与时间尺度。然而，基于纳维尔-斯特朗的建模假设近似平衡行为，可能即便在名义上连续条件下也无法捕捉重要的非平衡效应。本研究考察低雷诺数下的黏性冲击管，证明在传统连续范畴内仍存在非平衡现象。为获得跨尺度的物理一致解，本文采用统一气动动力学方案 (unified gas-kinetic scheme, UGKS)，并与基于气动动力学方案 (gas-kinetic scheme, GKS) 计算的纳维尔-斯特朗解进行比较。UGKS 与 GKS 解之间的差异揭示了在冲击波与边界层相互作用区域存在显著的非平衡效应。对于高马赫数、低雷诺数的连续流动，此类多尺度非平衡输运现象变得重要，凸显了在分析与预测中采用多尺度方法的必要性。
引用
@article{arxiv.2604.23319,
title = {Revisit viscous shock tube at low Reynolds number},
author = {Yue Zhang and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.23319},
year = {2026}
}