用于频率相关辐射传输方程的统一气体动理学波粒子方法
计算物理
2023-12-29 v1
摘要
多频辐射传输方程 (RTE) 系统模拟了光子传输以及背景材料与不同频率光子之间的能量交换过程。在本文中，开发了用于多频 RTE 的统一气体动理学波粒子 (UGKWP) 方法，以捕捉不同光学机制中的多尺度非平衡传输。在 UGKWP 中，适当设计了多尺度演化过程，以自动获得光学薄机制中的非平衡传输和光学厚机制中的热扩散过程。同时，光子和材料的耦合宏观能量方程通过无矩阵源迭代法隐式求解。借助波粒子分解策略，UGKWP 方法对不同机制物理具有动态适应性。在光学厚机制中，计算域内不会采样粒子，并将恢复光子传输的热扩散解。而在光学薄机制中，随机粒子将在演化中起主导作用，并自动遵循光子的非平衡自由传输。在频率相关传输中，模拟粒子携带的频率将由线性频率采样策略确定。此外，为了更好地解析光子传输中跨越单元界面的不透明度锐变，当模拟粒子在 UGKWP 方法中穿过界面时，其自由飞行时间将被重置。此外，适当定义了数值弛豫时间，以增加不透明度急剧过渡区域的粒子比例，从而避免数值振荡。已计算了几个典型的 RTE 系统测试案例，以证明当前频率相关 UGKWP 方法的准确性和可靠性。
引用
@article{arxiv.2312.16981,
title = {Unified gas-kinetic wave-particle method for frequency-dependent radiation transport equation},
author = {Xiaojian Yang and Yajun Zhu and Chang Liu and Kun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.16981},
year = {2023}
}