基于動理學模型的多尺度隨機粒子方法
費飛; 張俊; 柳朝暉 華中科技大學航空航天學院; 武漢430074; 北京航空航天大學航空科學與工程學院; 北京100191; 華中科技大學能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室; 武漢430074
關鍵詞：動理學模型 隨機粒子方法 多尺度流動 dsmc
摘要：傳統隨機粒子方法的時空離散步長受分子碰撞尺度(分子平均自由程和平均碰撞時間)的限制,當空間和時間離散尺度遠大于碰撞特征尺度時,其輸運系數的數值誤差顯著增加,因此如直接利用這類方法對跨流域流動精確求解,其計算效率往往是極低的(如DSMC方法,Fokker-Planck和BGK模型隨機粒子方法)。通過對隨機粒子方法輸運系數離散誤差的分析可知,這主要是因為傳統算法將模擬分子的運動和碰撞解耦計算引起的。針對這一問題,本文介紹了適合于跨流域流動模擬的多尺度Fokker-Planck和BGK模型隨機粒子方法。通過分子運動求解中耦合碰撞作用,在連續流區域,改進的隨機粒子方法在較大的時間步長下仍能夠滿足宏觀流體力學方程的輸運性質。理論和計算結果顯示,多尺度Fokker-Planck和BGK模型隨機粒子方法可以高效準確地模擬從稀薄流到連續流的跨流域氣體流動。
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