Boltzmann方程碰撞积分建模与稀薄空气动力学应用研究
本文选题：稀薄空气动力学 + 气体动理学模型 ； 参考：《中国科学:物理学 力学 天文学》2017年07期
【摘要】：直接模拟蒙特卡罗方法(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)已经广泛用于稀薄空气动力学计算模拟,而直接数值求解Boltzmann方程目前还只局限于简单流动,比如一维线性问题.高度非线性、积分微分属性的Boltzmann方程的求解关键是碰撞积分建模问题.最近,快速谱方法的提出和完善,使得对复杂的三维非线性问题直接求解Boltzmann方程带来了希望.相对于DSMC,快速谱方法具有数值上确定性的优势,在低速多尺度流动计算模拟上更为高效.本文介绍了快速谱方法在求解气体动理学方程的最新发展和成果,并探讨其应用前景.快速谱方法的推广应用使之真正成为DSMC的补充方法,现在面临的困难是需要发展新的气体动理学模型来描述多原子、多组分、稠密气体等.本文最后介绍了这方面的最新进展和直接求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法在模拟计算跨流域气体绕流及航天再入高超声速气动问题的应用.
[Abstract]:Direct Simulation Monte Monte Carlo method (DSMC) has been widely used in rarefied aerodynamics simulation, while direct numerical solution of Boltzmann equation is limited to simple flow, such as one-dimensional linear problem. The problem of collision integral modeling is the key to solving Boltzmann equations with highly nonlinear and integro-differential attributes. Recently, the rapid spectral method has been proposed and perfected, which makes it possible to solve the Boltzmann equation directly for complex three-dimensional nonlinear problems. Compared with DSMCs, the fast spectral method has the advantage of numerical certainty and is more efficient in the simulation of low speed multiscale flow. In this paper, the latest development and achievements of fast spectral method in solving gas kinetic equations are introduced, and its application prospect is discussed. The popularization and application of fast spectral method make it a supplement to DSMC. The difficulty now is to develop a new gas kinetic model to describe multi-atom, multi-component, dense gas and so on. In the end, this paper introduces the latest progress in this field and the application of the unified gas dynamic theory algorithm to the direct solution of the Boltzmann model equation in the simulation of cross-basin gas flow and space re-entry hypersonic aerodynamic problems.
【作者单位】： 思克莱德大学威尔流体实验室;中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所;国家计算流体力学实验室;
【基金】：英国EPSRC基金会(编号:EP/M021475/1,EP/L00030X/1) 国家重点基础研究发展计划(编号:2014CB744100) 国家自然科学基金(编号:11325212,91530319) 英国皇家工程院的杰出访问学者计划(编号:DVF1516/3/57)资助项目
【分类号】：O355
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，本文编号：1902988
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