求解Boltzmann模型方程的气体运动论隐式格式应用研究

来源 :第十二届全国物理力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hghyxx_0918
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  本文通过对Crank-Nicolson隐式差分方法的研究,首先构造了求解含有非线性源项的离散速度Boltzmann模型方程绝对稳定的一维气体运动论隐式格式。通过一维流动计算比较,在近连续流区、过渡流区等流域,因格式稳定条件CFL数是决定时间步长的主要因素,对不受CFL数限制的隐式格式计算效率要远高于显式格式,而在连续流区域,由于计算时间步长还依赖于气体分子碰撞频率,当碰撞松弛时间远小于CFL条件约束下允许的格式时间步长,且按照Crank-Nicolson方法构造的隐式格式需要处理对角矩阵的计算,因此计算效率反而比显式格式低。为此,本文在二维绕流计算中,引入了隐式混合通量NND格式,基于LU-SSOR计算原理,对方程显式部分采用SW分裂或VL分裂,对方程隐式部分采用最大特征值分裂,这样既提高了计算效率,又保证了计算的精度和准确性,同时避免了矩阵求逆运算,确保了在各流域的计算中都具备较高计算效率的气体运动论隐式格式。通过对不同Knudsen数一维激波管、二维球柱绕流问题模拟研究,计算结果与相关DSMC模拟值、N-S解算器及理论分析等途径得到的结果吻合较好,同时求解Boltzmann模型方程统一算法计算效率也得到了较好的提高。
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