直接建模框架下的颗粒流模拟

摘要

颗粒流中的多尺度结构由于其复杂性的缘故一直以来备受关注.为了对该结构做深入的探究,之前构造了针对颗粒流的统一气体动理学格式(UGKS/Unified gas-kinetic scheme),然而因为需要离散速度空间,导致计算量颇大,使得无法直接用于实际的多尺度问题计算.为了解决该问题,本文在直接建模亦即UGKP(unified gas-kinetic particle method)的框架下,加入damping collision term和return-to-isotropy term刻画颗粒之间的碰撞,构造了适用于颗粒流的格式.上述两个碰撞项中,前者表征颗粒的非弹性碰撞,而后者则强调颗粒各向同性分布的重要性,从而使得结果更加可靠合理.通过对两个颗粒射流对冲(solid jet)的数值模拟验证了该格式的有效性.由于采用抽样颗粒的方法模拟自由输运所贡献的通量,使得UGKP较UGKS不仅耗散更小,能够捕捉更为精细的物理结构,而且效率更高.