用于稀薄流研究的具有多重网格收敛的统一气体动理学格式
计算物理
2017-10-25 v2
摘要
统一气体动理学格式（UGKS）是一种基于网格尺度和时间步尺度上气体动力学模型的直接建模方法。通过在依赖于时间的通量函数中实现粒子输运与碰撞，UGKS 能够恢复从动力学粒子输运到流体力学波传播的多重流动物理。与直接模拟蒙特卡洛（DSMC）相比，基于方程的 UGKS 可在宏观守恒变量和微观分布函数的更新中使用隐式技术。隐式 UGKS 显著提高了定常流动计算的收敛速度，特别是在高度稀薄和近连续区。为了进一步提高计算效率，首次将几何多重网格技术引入隐式 UGKS，其中平衡态的预测步和分布函数的演化步均采用多重网格加速。多重网格隐式 UGKS（MIUGKS）被用于非平衡流动研究，包括微流动（如顶盖驱动腔流和通过有限长平板的流动）以及高速流动（如方柱上的超声速流动）。MIUGKS 相比先前的隐式格式显示出 5 至 9 倍的效率提升。对于低速微流动，MIUGKS 的效率比 DSMC 高几个数量级。即使对于马赫数 5、克努森数 0.1 的高超声速流动，MIUGKS 对于收敛的定常状态解仍比 DSMC 方法快 100 倍以上。
引用
@article{arxiv.1704.03151,
title = {Unified Gas-kinetic Scheme with Multigrid Convergence for Rarefied Flow Study},
author = {Yajun Zhu and Chengwen Zhong and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.03151},
year = {2017}
}