高效求解非灰色Boltzmann传输方程的优化声子带离散方案
摘要：非灰度下声子Boltzmann输运方程（BTE）是研究纳米尺度热输运的重要工具。由于声子在性质上有很大的差异，因此需要非灰度（即考虑不同声子带）声子BTE来准确捕捉纳米尺度的输运现象。然而，BTE求解器通常需要很大的计算成本。非灰度建模给数值模拟带来了额外的复杂性，阻碍了对真实纳米尺度系统的建模。在这项工作中，我们通过对硅、砷化镓、金刚石和碲化铅这四种代表性材料的真实物性进行系统研究，解决了这个问题。我们发现先前研究中使用的方案需要至少数十个声子带来确保准确性，这需要很大的计算成本。然后，我们提出了一种改进的声子带离散化方案，其中我们将平均自由程域分为两个子域，一个位于平均自由程积累的热导率的拐点两侧，并采用高斯-勒让德积分对每个子域进行离散化。通过这种方案，声子BTE的解收敛（误差<1%），这些材料只需不到10个声子带。所提出的方案显著减少了数值BTE求解器的时间和内存消耗，这是实现大规模声子BTE模拟真实材料的重要一步。
作者：Yue Hu, Yongxing Shen, Hua Bao
论文ID：2109.13545
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2021-09-29