含振动能激发Boltzmann模型方程气体动理论统一算法验证和.PDF

含振动能激发Boltzmann模型方程气体动理论统一算法验证与分析 彭傲平 李志辉 吴俊林 蒋新宇 Validationandanalysisofgas-kineticunifiedalgorithmforsolvingBoltzmannmodelequationwithvibra- tionalenergyexcitation PengAo-Ping LiZhi-Hui WuJun-Lin JiangXin-Yu 引用信息Citation: ActaPhysicaSinica, ,204703(2017) DOI: 10.7498/aps.66.204703 在线阅读Viewonline: /10.7498/aps.66.204703 当期内容Viewtableofcontents: /CN/Y2017/V66/I20 您可能感兴趣的其他文章 Articlesyoumaybeinterestedin 基于自适应本征正交分解混合模型的跨音速流场分析 Transonicflowreconstructionbyanadaptiveproperorthogonal decomposition hybrid model 物理学报.2016,65(12): 124702 /10.7498/aps.65.124702 跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究 Gas-kinetic unified algorithm for hypersonic aerothermodynamics covering various flow regimes solving Boltzmannmodelequation 物理学报.2015,64(22): 224703 /10.7498/aps.64.224703 Schardin 问题的数值研究 NumericalinvestigationsontheSchardinsproblem 物理学报.2012,61(6): 064702 /10.7498/aps.61.064702 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 66, No. 20 (2017) 204703 含振动能激发Boltzmann模型方程气体 动理论统一算法验证与分析 彭傲平 李志辉 吴俊林 蒋新宇 1) (中国空气动力研究与发展中心, 超高速空气动力研究所, 绵阳 621000) 2)(中国空气动力研究与发展中心, 空气动力学国家重点实验室, 绵阳 621000) 3)( 国家计算流体力学实验室, 北京 100191) ( 2017 年5 月2 日收到; 2017 年5 月19 日收到修改稿) 为模拟研究高温高马赫数下多原子气体内能激发对跨流域非平衡流动的影响, 将转动能、振动能分别作 为气体分子速度分布函数的自变量, 把转动能和振动能处理为连续分布的能量模式, 将Boltzmann 方程的碰 撞项分解成弹性碰撞项和非弹性碰撞项, 同时将非弹性碰撞按一定松弛速率分解为平动- 转动能松弛过程和 平动- 转动- 振动能松弛过程, 构造了一类考虑振动能激发的Boltzmann 模型方程, 并证明了其守恒性和 定 理. 基于内部能量变量对分布函数无穷积分, 引入三个约化速度分布函数, 得到一组考虑振动能激发的约化 速度分布函数控制方程组, 使用离散速度坐标法, 基于LU-SGS 隐式格式和有限体积法求解离散速度分布函 数, 建立含振动能激发的气体动理论统一算法. 通过开展高稀薄流到连续流圆柱绕流问题统一算法与直接模 拟蒙特卡罗法模拟结果对比分析, 特别是过渡流区平动、转动、振动非平衡效应对绕流流场与物面力热特性的 影响机制, 证实了所建立的含振动能激发的Boltzmann 模型方程及气体动理论统一算法的准确可靠性. 关键词: 振动能激发, Boltzmann 方程, 气体动理论统一算法, 热力学非平衡效应 PACS: 47.45.Ab, 47.45.–n, 47