统一气体动理论波粒方法 III：多尺度光子输运

本文将统一气体动理论波粒（UGKWP）方法拓展至多尺度光子输运。该方法中，光子自由飞行与散射过程以非分裂方式处理。利用双重描述，即模拟粒子与分布函数，来描述光子。通过精确恢复统一气体动理论格式（UGKS）的管控方程，UGKWP 保留了从光学薄到光学厚区间的光子输运多尺度动力学。在光学薄区间，UGKWP 成为蒙特卡洛型粒子追踪方法；而在光学厚区间，UGKWP 成为扩散方程求解器。UGKWP 的局部光子动力学，以及波描述与粒子描述光子的比例，依据数值分辨率与输运区间自动适应。相较于 $S_n$ 型 UGKS，UGKWP 所需内存更少且不受射线效应影响。相较于隐式蒙特卡洛（IMC）方法，UGKWP 在光学厚区间的统计噪声大幅降低且计算效率显著提升。我们计算了涵盖从光学薄到光学厚所有输运区间的若干数值算例，以验证 UGKWP 方法的精度与效率。与 $S_n$ 型 UGKS 及 IMC 方法相比，UGKWP 方法在求解某些多尺度输运问题时，计算成本与内存需求可降低数个数量级。