Study on a Boltzmann/Navier-Stokes Hybrid Scheme for Simulating Multi-scale flows

多尺度流模拟的Boltzmann/Navier-Stokes混合方案研究

基本信息

  • 批准号:
    17360079
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2006
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this study, a novel Boltzmann/Navier-Stokes Hybrid scheme has been developed for simulating the multi-scale flows ranging from the continuum to free molecule flows. For the Boltzmann solver, instead of the direct simulation Monte Carlo method, a deterministic CFD method for a kinetic model Boltzmann equation is used. The same CFD method is also used for the Navier-Stokes equations. Solution adaptive domain decomposition strategy using local switching parameter based on the three gradient-length local Knudsen numbers for the density, velocity, and temperature is adopted for coupling the Boltzmann solver and the Navier-Stokes solver. At the interface between the Boltzmann solver and the Navier-Stokes solver, moments of the numerical fluxes of the Boltzmann equation are transferred to the Navier-Stokes solver from the Boltzmann solver, while the Chapman-Enskog distribution functions are transferred to the Boltzmann solver from the Navier-Stokes solver. Reliable solution can be obtained for both subsonic flows and supersonic flows with the hybrid scheme at lower computational costs compared to the direct simulation Monte Carlo method as well as the pure CFD Boltzmann method..
在这项研究中,发展了一种新的Boltzmann/Navier-Stokes混合格式,用于模拟从连续到自由分子流动的多尺度流动。对于Boltzmann求解器,使用了动力学模型Boltzmann方程的确定性CFD方法,而不是直接模拟蒙特卡罗方法。同样的CFD方法也适用于Navier-Stokes方程。采用基于密度、速度和温度三个梯度长度局部Knudsen数的局部切换参数的解自适应区域分解策略来耦合Boltzmann求解器和Navier-Stokes求解器。在Boltzmann解算器和Navier-Stokes解算器之间的交界处,Boltzmann方程数值通量的矩从Boltzmann解算器传递到Navier-Stokes解算器,而Chapman-Enskog分布函数则从Navier-Stokes解算器传递到Boltzmann解算器。与直接模拟蒙特卡罗方法和纯CFD Boltzmann方法相比,混合格式能以较低的计算量得到亚音速和超音速流动的可靠解。

项目成果

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专利数量(0)
ボルツマン/ナビエ・ストークス統合解法の展開
玻尔兹曼/纳维-斯托克斯综合求解方法的发展
A Continuum/Kinetic Hybrid Approach for Multi-Scale Flow Simulation.
用于多尺度流动模拟的连续体/动力学混合方法。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉山聡;大島まり;畝村毅;Koji Morinishi;Koji Morinishi;Koji Morinishi
  • 通讯作者:
    Koji Morinishi
Multi-scale Flow Simulation Using a Kinetic/Continuum Hybrid Scheme
使用动力学/连续混合方案的多尺度流动模拟
Rarefied Gas Boundary Layer Predicted with Continuum and Kinetic Approaches.
用连续介质和动力学方法预测稀薄气体边界层。
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