气体动理学统一算法的隐式方法研究

目前的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,简称UGKS)在求解高速流动问题时的计算效率,难以满足求解复杂工程问题的需求.为了提高该算法的计算效率,本文对模型方程的对流项和碰撞项进行了隐式处理,并针对UGKS界面通量与演化时间相关的特点,引入了演化时间平均界面通量,通过对控制方程矩阵进行近似LU分解(lower-upper decomposition),实现了隐式UGKS.不同来流马赫数的圆柱绕流算例测试表明,只要演化时间选取得当,隐式方法可以得到与显式方法完全相同的结果,且计算效率可以提高1～2个量级.

统一气体动理学方法研究进展

在临近空间高超声速飞行器气动载荷、航天飞行器变轨/调姿、微尺度元器件传质/传热等科学和工程实践中,存在着大量的时序多流域(多尺度)流动问题以及位于单一流场中的复杂多流域问题(局部稀薄问题),对数值预测工作提出挑战.因此,近年来从介观气体动理学基础上发展出了一大类将连续流与稀薄流进行统一计算的高效数值方法,包括确定论形式的UGKS,GKUA和DUGKS方法,以及粒子形式的USP-BGK和UGKWP方法.文章围绕着确定论和统计粒子两类统一方法的最新研究进展进行回顾和分析,重点关注在每种方法中全流域统一性质的来源与实现方式、目前已取得的关键进展以及该方法的扩展性和应用价值.

气固两相流DUGKS-Lagrange耦合算法

离散统一气体动理论算法(Discrete Unified Gas-Kinetic Scheme,DUGKS)比传统动理学方法拥有更丰富的流场时空演化信息,却很少应用于气固两相流领域。基于点源颗粒的介观两相流模型,提出一种新的气固两相流耦合算法,并用于方腔中单颗粒运动及颗粒群扩散的数值模拟。采用DUGKS-Lagrange方法求解气固两相流模型,相间作用的计算采用积分法则和差值函数进行时间和空间的近似,在此基础上提出新的气固两相流介观耦合算法。气固两相流问题的分析与计算结果表明,相较于经典的格子Boltzmann方法,DUGKS提供了更具潜力的气固两相流计算框架。