在跨流域復雜流動問題的模擬中,基于求解速度分布函數演化方程的氣體動理論方法的效率問題一直受到工程應用領域關注.研究提升氣體動理論方法在定常流動模擬中的計算效率具有重要意義.為了提升定常流動計算收斂速度,本文提出了一種耦合宏觀方程數值本構關系的氣體動理論加速收斂方法.通過求解Boltzmann模型方程,將應力、熱流高階項的數值解與宏觀方程耦合,實現了宏觀方程的封閉;另一方面,宏觀方程的計算結果被用來更新Boltzmann模型方程的當地平衡態(tài)速度分布函數中的宏觀物理量,以此構造求解Boltzmann模型方程的全隱式數值格式.通過跨流域方腔流動、超聲速圓柱繞流及雙圓柱干擾繞流案例的數值模擬,對方法進行了廣泛考核.計算結果與常規(guī)氣體動理論統一算法、直接模擬蒙特卡羅法符合良好,證明該方法很好地描述了稀薄流動中的非線性本構關系,以及激波、強壁面剪切、流動分離等強非平衡特征.進一步,對于低努森數Kn的流動,方法能顯著加速收斂過程,提升計算效率;隨著努森數Kn增加,氣體對流輸運效應減弱,方法的加速收斂效果降低.與此同時,如何減少內迭代耗時,進一步提升效率有待更多研究. 

【文章來源】：物理學報. 2020,69(20)北大核心

【文章頁數】：12 頁

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3086717