面向带色散与极化效应的多尺度声子传输的UGKWP与IUGKP方法
计算物理
2025-06-23 v1
摘要
本文提出了两种用于求解带有色散和极化效应的多尺度声子传输问题的新方法：统一气动波势-粒子（UGKWP）方法和隐式统一气动波势-粒子（IUGKP）方法。这两种方法都基于在离散频率点求解多个BGK方程组。UGKWP方法通过求解非稳态BGK方程的积分解，在单元界面处构建多尺度宏观通量，有效地利用统计粒子捕捉非平衡传输。其波势-粒子自适应框架确保了在不同 regime 下的计算效率：在扩散极限下，其计算成本与显式扩散方程求解相当；在球面极限下，其性能与纯粹粒子方法相当。IUGKP方法专为求解稳态问题而设计，基于物理平均自由路程确定粒子演化尺度。这一方法使其在较大和较小的Knudsen数下都能实现快速收敛，后者通过新构建的宏观预测方程实现。两种方法都包含一种自适应频率空间抽样技术，保持单元内粒子数与单频率方法相当，显著提高了计算效率和内存使用。通过各种数值测试验证了两种方法的准确性和效率，包括大规模三维导热传递仿真。结果表明，这两种方法在处理跨尺度声子传输现象方面有效。
引用
@article{arxiv.2506.16203,
title = {UGKWP and IUGKP methods for Multi-Scale Phonon Transport with Dispersion and Polarization},
author = {Hongyu Liu and Xiaojian Yang and Chuang Zhang and Xing Ji and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.16203},
year = {2025}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:2505.09297