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转动非平衡玻尔兹曼模型方程统一算法与全流域绕流计算应用 被引量：12
1
作者 李志辉 蒋新宇 +1 位作者 吴俊林 彭傲平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期336-351,共16页
基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组... 基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1.5～25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数(9×10-4～10)Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度. 展开更多
关键词 玻尔兹曼模型方程 气体动理论 转动非平衡 离散速度坐标法 全流域绕流 统一算法
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稀薄流到连续流的气体运动论模型方程算法研究 被引量：21
2
作者 李志辉 张涵信 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期145-155,共11页
通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对ＢＧＫ模型方程进行修正，确定含流态控制参数可描述不同流域气体流动特性的气体分子速度分布函数的简化控制方程．发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间... 通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对ＢＧＫ模型方程进行修正，确定含流态控制参数可描述不同流域气体流动特性的气体分子速度分布函数的简化控制方程．发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性．基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的ＮＮＤ耗散差分格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法．推广应用改进的 Ｇａｕｓｓ－Ｈｅｒｍｉｔｅ无穷积分法和华罗庚－王元提出的以单和逼近重积分的黄金分割数论积分方法等，对离散速度空间进行宏观取矩获取物理空间各点的气体流动参数，由此发展一套从稀薄流到连续流各流域统一的气体运动论数值算法．通过对不同Ｋｎｕｄｓｅｎ数下一维激波管问题、二维圆柱绕流和三维球体绕流的初步数值实验表明文中发展的数值算法是可行的． 展开更多
关键词 稀薄流 连续流 气体运动论 BOLTZMANN模型方程 离散速度坐标法 NND有限差分格式 BGK模型方程
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基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法研究 被引量：18
3
作者 李志辉 张涵信 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期559-576,共18页
从Boltzmann-Shakhov模型方程出发，研究确立含流态控制参数可描述不同流域气体流动特征的气体分子速度分布函数方程；研究发展气体运动论离散速度坐标法，借助非定常时间分裂数值计算方法和NND差分格式，结合DSMC方法关于分子运动与碰... 从Boltzmann-Shakhov模型方程出发，研究确立含流态控制参数可描述不同流域气体流动特征的气体分子速度分布函数方程；研究发展气体运动论离散速度坐标法，借助非定常时间分裂数值计算方法和NND差分格式，结合DSMC方法关于分子运动与碰撞去耦技术，发展直接求解速度分布函数的气体运动论耦合迭代数值格式；研制可用于物理空间各点宏观流动取矩的离散速度数值积分方法，由此提出一套能有效模拟稀薄流到连续流不同流域气体流动问题统一算法。通过对不同Knudsen数下一维激波内流动、二维圆柱、三维球体绕流数值计算表明，计算结果与有关实验数据及其它途径研究结果(如DSMC模拟值、N-S数值解)吻合较好，证实气体运动论统一算法求解各流域气体流动问题的可行性。尝试将统一算法进行HPF并行化程序设计，基于对球体绕流及类“神舟”返回舱外形绕流问题进行HPF初步并行试算，显示出统一算法具有很好的并行可扩展性，可望建立起新型的能有效模拟各流域飞行器绕流HPF并行算法研究方向。通过将气体运动论统一算法推广应用于微槽道流动计算研究，已初步发展起可靠模拟二维短微槽道流动数值算法；通过对Couette流、Poiseuille流、压力驱动的二维短槽道流数值模拟，证实该算法对微槽道气体流动问题具有较强的模拟能力，可望发展起基于Boltzmann模型方程能可靠模拟MEMS微流动问题气体运动论数值计算方法研究途径。 展开更多
关键词 稀薄气体动力学 计算流体力学 BOLTZMANN模型方程 离散速度坐标法 有限差分方法
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气体动理学统一算法中相容性条件不满足引起的数值误差及其影响研究 被引量：5
4
作者 江定武 毛枚良 +1 位作者 李锦 邓小刚 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期163-168,共6页
求解玻尔兹曼(Boltzmann)模型方程的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,UGKS)是为模拟存在显著稀薄气体效应流动而建立的.在该方法中,如果速度空间离散采用传统的离散速度坐标法(discrete ordinate method,DOM),将会导致... 求解玻尔兹曼(Boltzmann)模型方程的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,UGKS)是为模拟存在显著稀薄气体效应流动而建立的.在该方法中,如果速度空间离散采用传统的离散速度坐标法(discrete ordinate method,DOM),将会导致相容性条件得不到严格满足,从而引入数值误差.本文从理论分析及数值试验两方面说明了该数值误差,正比于来流马赫数,反比于来流努森数.引入了守恒型的离散速度坐标法(conservative discrete ordinate method,CDOM),在离散层面上确保了相容性条件得到严格满足.圆柱绕流计算结果表明,来流马赫数较高、努森数较小时,相容性条件满足与否对计算结果影响较大,采用CDOM可以在较稀的速度空间网格上得到网格无关解,缩减计算量最大可达2/3. 展开更多
关键词 玻尔兹曼模型方程 统一算法 相容性条件 守恒型离散速度坐标法
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稀薄流到连续流的气体运动论统一算法研究 被引量：21
5
作者 李志辉 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期255-266,共12页
通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正,确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间,利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间... 通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正,确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间,利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散格式,建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。发展可用于速度空间宏观取矩的离散速度数值积分方法,获取物理空间各点的流动参数,由此发展一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法。研究气体运动论数值算法所适合的并行方案,基于统一算法的HPF并行实现,建立一套能有效模拟不同流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件。通过对不同Knudsen数的一维、二维、三维气体绕流问题进行数值计算表明,计算结果与有关实验数据及其它途径得到的研究结果吻合较好,证实了本文发展的统一算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性。 展开更多
关键词 稀薄流 连续流 气体运动论 算法 HPF并行算法软件 离散速度坐标法 空气动力学
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稀薄气体自由分子流到连续流跨流域气动力热绕流统一算法研究 被引量：5
6
作者 李志辉 彭傲平 +1 位作者 吴俊林 张涵信 《载人航天》 CSCD 2013年第2期81-91,共11页
研究描述各流域气体流动输运现象统一的Boltzmann模型方程及数值求解方法,发展气体分子运动论离散速度坐标法,建立直接求解分子速度分布函数耦合迭代数值格式;研究可用于高、低不同马赫数绕流问题的Gauss型离散速度数值积分法,建立模拟... 研究描述各流域气体流动输运现象统一的Boltzmann模型方程及数值求解方法,发展气体分子运动论离散速度坐标法,建立直接求解分子速度分布函数耦合迭代数值格式;研究可用于高、低不同马赫数绕流问题的Gauss型离散速度数值积分法,建立模拟各流域高超声速气动力、热绕流问题气体运动论统一算法与并行计算技术。对稀薄气体自由分子流到连续流不同Knudsen数、高低不同马赫数球体、钝锥外形、飞船返回舱再入飞行环境等绕流问题并行计算与算法验证分析,证实统一算法用于高稀薄自由分子流到连续流高超声速飞行器气动力、热绕流问题求解的可靠性,揭示飞行器跨流区不同高度高超声速绕流现象与变化规律。 展开更多
关键词 BOLTZMANN模型方程 速度分布函数 离散速度坐标法 并行计算 跨流域高超 声速绕流 统一算法 航天再入飞行器
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气体运动论数值算法在微槽道流中的应用研究 被引量：2
7
作者 李志辉 符松 张涵信 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期263-271,共9页
简要介绍基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法基本思想及其对二维微槽道流动问题数值计算的推广,并阐述适用于微尺度流动问题的气体运动论边界条件数值处理方法。通过对压力驱动的二维微槽道流动问题进行数值模拟,将不同Knudsen... 简要介绍基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法基本思想及其对二维微槽道流动问题数值计算的推广,并阐述适用于微尺度流动问题的气体运动论边界条件数值处理方法。通过对压力驱动的二维微槽道流动问题进行数值模拟,将不同Knudsen数下的微槽道流计算结果分别与有关DSMC模拟值和经滑移流理论修正的N-S方程解进行比较分析,表明基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法对微槽道气体流动问题具有很好的模拟能力。 展开更多
关键词 BOLTZMANN模型方程 离散速度坐标法 NND差分格式 微槽道气体流动
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基于气体运动论的差分算法对管道流动数值研究 被引量：1
8
作者 李志辉 毕林 唐志共 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2009年第7期833-846,共14页
从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,... 从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,分析了不同差分格式数值离散效应对计算结果的影响,研究讨论了提高气体运动论数值算法计算效率的途径和差分离散处理所适用的计算准则等问题. 展开更多
关键词 Bohzmann模型方程 气体运动论数值计算 离散速度坐标法 激波管问题 槽道流问题
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激波结构内流动问题的气体运动论描述 被引量：4
9
作者 李志辉 张涵信 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期411-418,436,共9页
从介观Boltzmann速度分布函数理论出发,发展计及分子粘性碰撞截面与扩散碰撞截面,可描述各流域一维气体流动问题的Boltzmann简化速度分布函数方程及其气体运动论数值计算方法。通过对不同Knudsen数下非定常激波管流动及不同马赫数定常... 从介观Boltzmann速度分布函数理论出发,发展计及分子粘性碰撞截面与扩散碰撞截面,可描述各流域一维气体流动问题的Boltzmann简化速度分布函数方程及其气体运动论数值计算方法。通过对不同Knudsen数下非定常激波管流动及不同马赫数定常正激波结构问题数值模拟,研究分析不同流区的激波突跃变化过程以及近连续流、稀薄过渡流特有的分子输运现象,揭示不同马赫数、不同分子模型的激波内流动与传热变化规律,证实基于Bo-ltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法用于激波结构内流动研究的准确可靠性。 展开更多
关键词 激波结构 BOLTZMANN模型方程 速度分布函数 离散速度坐标法 有限差分计算
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跨流域三维复杂绕流问题的气体运动论并行计算 被引量：4
10
作者 李志辉 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2010年第1期7-16,共10页
通过研究求解描述跨流域三维绕流问题的Boltzmann模型方程气体运动论耦合迭代数值格式,分析气体运动论数值计算方法的内在并行性;从变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性三方面开展基于离散速度空间区域分解计算的研究,发展求解稀薄流... 通过研究求解描述跨流域三维绕流问题的Boltzmann模型方程气体运动论耦合迭代数值格式,分析气体运动论数值计算方法的内在并行性;从变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性三方面开展基于离散速度空间区域分解计算的研究,发展求解稀薄流到连续流跨流域三维复杂绕流问题的并行算法。通过对不同Knudsen数、不同马赫数、不同攻角三维球体及返回舱绕流的并行计算,计算结果与实验数据和理论分析吻合较好。研究表明,该并行算法负载平衡和并行可扩展性较好,对不同并行计算机系统具有很好适应性,显示直接求解分子速度分布函数的气体运动论计算方法有良好的并行计算特性。 展开更多
关键词 航天器绕流 气体分子运动论 BOLTZMANN模型方程 离散速度坐标法 有限差分法 并行计算
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