基于 Rykov 模型的双原子气体简化统一波粒子方法
流体动力学
2024-09-24 v1
摘要
在过去几十年中，基于 Navier-Stokes (N-S) 方程的数值方法和直接模拟蒙特卡罗 (DSMC) 方法已被证明分别在模拟连续和稀薄流态的流动中是有效的。然而，作为单尺度方法，它们在处理常见的多尺度问题时面临挑战，而这对模拟近空间飞行器周围的高超声速流动和微机电系统中的流动至关重要。因此，迫切需要一种预测多尺度流动的方法。在本工作中，从 Rykov 模型方程的积分解中推导出了用于双原子多尺度流动的量化模型竞争 (QMC) 机制。该机制将连续和稀薄行为封装在一个单元中，并根据其局部物理尺度进行加权。基于 QMC 机制，将 N-S 求解器和 DSMC 求解器在一个单元内直接集成，设计出用于双原子气体的简化统一波粒子 (SUWP) 方法。具体而言，将考虑转动能的双温度方程引入到动力学无粘通量 (KIF) 格式和 N-S 求解器中。对于粒子部分，利用无碰撞 DSMC 求解器来描述非平衡现象。所提出的双原子气体 SUWP 方法在一系列案例中进行了验证，包括零维均匀气体弛豫、一维正激波结构、二维平板和圆柱绕流，以及三维圆球和钝锥绕流。此外，本工作还对多尺度波粒子方法的实现细节进行了分析与讨论。
引用
@article{arxiv.2409.14146,
title = {Simplified unified wave-particle method for diatomic gases based on Rykov model},
author = {Sirui Yang and Sha Liu and Junzhe Cao and Chengwen Zhong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.14146},
year = {2024}
}