Boltzmann方程碰撞积分建模与稀薄空气动力学应用研究

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．