基于玻尔兹曼方程实现复杂流动的全分子气体动力学模拟

本工作探索通过直接求解玻尔兹曼方程来模拟复杂流体流动的能力。由于控制方程的高维特性，求解玻尔兹曼方程的巨大计算代价通常将其应用限制在较简单的二维流动问题。利用高阶空间离散与离散守恒速度模型的结合，以及它们在大规模并行 GPU 计算架构上的高效实现，我们展示了当前直接求解辅以 BGK 碰撞模型的玻尔兹曼方程以处理复杂三维流动的能力。给出了包括稀薄微通道流、过渡与湍流，以及高速大气再入飞行器等多种问题的数值结果，展示了该方法在准确预测复杂非线性流动现象与非平衡效应方面的能力。