一个直接统一的波粒方法用于模拟非平衡流动
摘要：将纳维-斯托克斯（NS）求解器与直接模拟蒙特卡洛（DSMC）求解器直接结合起来，采用波粒形式的方法 [J. Comput. Phys. 401, 108977 (2020)]。与经典的具有缓冲区重叠的域分解方法不同，提出的直接统一的波粒（DUWP）方法在算法层面上将NS求解器与DSMC求解器耦合。在稀薄流动区域中，DSMC求解器主导模拟，而NS求解器主导连续流动模拟，从而同时兼顾了精度和效率。对于内部流动区域，如过渡流动区域，该方法同样准确，因为在本研究中提出了一种介观建模方法，使得DUWP方法具有多尺度性质。具体而言，在碰撞过程中，当$t < au$时，假设只发生单次碰撞，使用DSMC的碰撞项。当$t > au$时，得出应有$1-au/Delta t$的粒子经历多次碰撞，并被吸收到波粒部分中由NS求解器计算。然后，DSMC和NS求解器可以以直接且简单的方式耦合，实现多尺度性质。与原始的波粒方法不同的是，在提出的DUWP方法中，波粒形式不再受到玻尔兹曼-BGK类型模型的限制，且DSMC和NS求解器的大量研究成果可以应用于更复杂的流动，如热化学非平衡流动。本研究初步测试了一维单原子氩气的案例，如冲击结构和Sod冲击管。
作者：Junzhe Cao and Sha Liu and Sirui Yang and Chengwen Zhong
论文ID：2305.12071
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2023-05-23