Three-dimensional implementation of the Low Diffusion method for continuum flow simulations
Three-dimensional implementation of the Low Diffusion method for continuum flow simulations
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连续介质流模拟的低扩散方法的三维实现
DOI：
10.1016/j.cpc.2017.07.018
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
S. Fasoulas
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Mirza;P. Nizenkov;M. Pfeiffer;S. Fasoulas
基于粒子的连续介质方法的概念已经存在多年。最终的目标是将这种方法与直接模拟蒙特卡罗(DSMC)相结合，以弥补数值工具在处理近平衡和稀薄气体流动之间的过渡流型方面的差距。为此，Burt和Boyd最先提出的低扩散(LD)方法提供了一个有希望的解决方案。本文回顾了LD方法，并给出了它在现代粒子求解器PICLAS中的实现。对LD程序的修改使三维连续流模拟成为可能。通过简单定常激波、斜激波模拟和热Couette流等一系列算例，验证了该方法的有效性。此外，高超声速氮气绕70°钝锥流动的数值模拟也证明了该方法的有效性。总体计算结果与实验数据吻合较好。最后，给出了基于LD的PICLAS在高性能集群上的可扩展性。
Concepts of a particle-based continuum method have existed for many years. The ultimate goal is to couple such a method with the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) in order to bridge the gap of numerical tools in the treatment of the transitional flow regime between near-equilibrium and rarefied gas flows. For this purpose, the Low Diffusion (LD) method, introduced first by Burt and Boyd, offers a promising solution. In this paper, the LD method is revisited and the implementation in a modern particle solver named PICLas is given. The modifications of the LD routines enable three-dimensional continuum flow simulations. The implementation is successfully verified through a series of test cases: simple stationary shock, oblique shock simulation and thermal Couette flow. Additionally, the capability of this method is demonstrated by the simulation of a hypersonic nitrogen flow around a 70°-blunted cone. Overall results are in very good agreement with experimental data. Finally, the scalability of PICLas using LD on a high performance cluster is presented.
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