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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:20
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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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稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究 被引量:27
2
作者 李志辉 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2000年第3期255-263,共9页
从非线性模型Boltzmann方程出发 ,引入简化速度分布函数、使用离散速度坐标法对速度空间进行离散、降维 ,去掉分布函数对速度分量的连续依赖性 ;采用时间分裂法 ,将简化速度分布函数松弛变化方程分解为源项碰撞变化方程、对流运动方程 ... 从非线性模型Boltzmann方程出发 ,引入简化速度分布函数、使用离散速度坐标法对速度空间进行离散、降维 ,去掉分布函数对速度分量的连续依赖性 ;采用时间分裂法 ,将简化速度分布函数松弛变化方程分解为源项碰撞变化方程、对流运动方程 ,进行耦合计算 ,应用NND耗散差分方法直接模拟气体分子速度分布函数 ;发展离散速度数值积分法 ,通过宏观取矩获取物理空间各点的流动参数 ,从而建立一套能有效模拟各流域气动问题的简化的气体运动论统一数值算法。为了证实该数值方法在求解稀薄流到连续流气体动力学问题方面的可靠性 。 展开更多
关键词 气体运动论 统一数值算法 稀薄流 连续流
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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:17
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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基于Boltzmann模型方程的气体运动论HPF并行算法 被引量:10
4
作者 李志辉 张涵信 符松 《计算物理》 CSCD 北大核心 2003年第1期1-8,共8页
 从修正的BGK Boltzmann模型方程出发,引入离散速度坐标技术对气体分子速度分量进行离散降维,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,发展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格式,...  从修正的BGK Boltzmann模型方程出发,引入离散速度坐标技术对气体分子速度分量进行离散降维,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,发展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格式,提出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.在分析研究气体运动论数值算法内在并行度的基础上,开展各流域三维绕流问题统一算法的HPF(高性能FOR TRAN)并行化程序设计,建立一套能有效模拟各流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件.并进行了不同Knudsen(克努森)数下三维球体绕流及类"神舟号"返回舱外形体绕流的初步数值实验,将计算结果与过渡区有关实验数据及各流域气体绕流现象进行比较分析,证实了发展的气体运动论HPF并行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 气体运动论 boltzmann模型方程 离散速度坐标法 NND差分格式 HPF并行计算 空气动力学 计算流体力学
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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
5
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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求解Boltzmann模型方程高性能并行算法在航天跨流域空气动力学应用研究 被引量:9
6
作者 李志辉 蒋新宇 +2 位作者 吴俊林 徐金秀 白智勇 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期1801-1811,共11页
对Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模,得到适于描述航天再入从外层空间到近地面各流域统一Boltzmann模型方程,提出求解Boltzmann模型方程统一算法高性能并行计算数学模型.发展离散速度空间区域分解大规模并行计算技术,分析统... 对Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模,得到适于描述航天再入从外层空间到近地面各流域统一Boltzmann模型方程,提出求解Boltzmann模型方程统一算法高性能并行计算数学模型.发展离散速度空间区域分解大规模并行计算技术,分析统一算法变量依赖关系,建立可扩展并行计算方案;研究数据并行分布与并行执行特征,开展大规模并行化程序设计,并在小、中、大规模256-512、4096-20 625CPU及异构计算机500-45 000、3125-112 500进程并行算法测试,建立稳定运行于国产千万亿次超级计算机高性能可扩展大规模并行算法与航天器再入跨流域复杂气动力/热绕流问题并行化软件应用平台.通过对稀薄流到连续流再入飞行不同高度可回收返回式卫星飞行器、近空间大尺度机动飞行器跨流域绕流环境不同粒度高性能计算与验证,揭示大尺度复杂结构飞行器跨流区飞行稀薄过渡流区热流系数比连续、近连续流区热流系数随物面变化剧烈得多、大得多,发现该类飞行器后端面热流最大值发生在水平舵外侧拐角处,达驻点热流六分之一量级,提供了一个可靠求解航天器再入各流域高超声速绕流问题统一算法高性能并行计算应用研究方向. 展开更多
关键词 航天器 跨流域空气动力学 boltzmann模型方程 统一算法 区域分解 高性能并行计算
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跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究 被引量:8
7
作者 李志辉 彭傲平 +2 位作者 方方 李四新 张顺玉 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第22期323-338,共16页
如何准确可靠地模拟从外层空间高稀薄流到近地面连续流的航天器高超声速绕流环境与复杂流动变化机理是流体物理的前沿基础科学问题.基于对Boltzmann方程碰撞积分的物理分析与可计算建模,确立了可描述自由分子流到连续流区各流域不同马... 如何准确可靠地模拟从外层空间高稀薄流到近地面连续流的航天器高超声速绕流环境与复杂流动变化机理是流体物理的前沿基础科学问题.基于对Boltzmann方程碰撞积分的物理分析与可计算建模,确立了可描述自由分子流到连续流区各流域不同马赫数复杂流动输运现象统一的Boltzmann模型速度分布函数方程,发展了适于高、低不同马赫数绕流问题的离散速度坐标法和直接求解分子速度分布函数演化更新的气体动理论数值格式,建立了模拟复杂飞行器跨流域高超声速飞行热环境绕流问题的气体动理论统一算法.对稀薄流到连续流不同Knudsen数0.002≤Kn∞≤1.618、不同马赫数下可重复使用卫星体再入过程(110—70 km)中高超声速绕流问题进行算法验证分析,计算结果与典型文献的Monte Carlo直接模拟值及相关理论分析符合得较好.研究揭示了飞行器跨流域不同高度高超声速复杂流动机理、绕流现象与气动力/热变化规律,提出了一个通过数值求解介观Boltzmann模型方程,可靠模拟高稀薄自由分子流到连续流跨流域高超声速气动力/热绕流特性统一算法. 展开更多
关键词 boltzmann模型方程 离散速度坐标法 跨流域统一算法 高超声速流动
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Gas kinetic algorithm for flows in Poiseuille-like microchannels using Boltzmann model equation 被引量:7
8
作者 LI Zhihui1,2, ZHANG Hanxin1 & FU Song2 ⒈ National Laboratory for CFD, Hypervelocity Aerodynamics Institute,China Aerodynamics Research and Development Center,Mianyang 621000,China 2.Department of Engineering Mechanics,Tsinghua University,Beijing 100084,China 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2005年第4期496-512,共17页
The gas-kinetic unified algorithm using Boltzmann model equation have been extended and developed to solve the micro-scale gas flows in Poiseuille-like micro-channels from Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS). The ... The gas-kinetic unified algorithm using Boltzmann model equation have been extended and developed to solve the micro-scale gas flows in Poiseuille-like micro-channels from Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS). The numerical modeling of the gas kinetic boundary conditions suitable for micro-scale gas flows is presented. To test the present method, the classical Couette flows with various Knudsen numbers, the gas flows from short microchannels like plane Poiseuille and the pressure-driven gas flows in two-dimensional short microchannels have been simulated and compared with the approximate solutions of the Boltzmann equation, the related DSMC results, the modified N-S solutions with slip-flow boundary theory, the gas-kinetic BGK-Burnett solutions and the experimental data. The comparisons show that the present gas-kinetic numerical algorithm using the mesoscopic Boltzmann simplified velocity distribution function equation can effectively simulate and reveal the gas flows in microchannels. The numerical experience indicates that this method may be a powerful tool in the numerical simulation of micro-scale gas flows from MEMS. 展开更多
关键词 boltzmann model equation discrete velocity ordinate method finite-difference scheme Couette flow POISEUILLE flow GAS FLOW in short-microchannel.
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用格子Boltzmann方法模拟非线性热传导方程 被引量:7
9
作者 刘芳 施卫平 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第11期1158-1166,共9页
对具有非线性源项和非线性扩散项的热传导方程建立格子Boltzmann求解模型.在演化方程中增加了两个关于源项分布函数的微分算子,对演化方程实施Chapman-Enskog展开.通过对演化方程的进一步改进,恢复出具有高阶截断误差的宏观方程.对不同... 对具有非线性源项和非线性扩散项的热传导方程建立格子Boltzmann求解模型.在演化方程中增加了两个关于源项分布函数的微分算子,对演化方程实施Chapman-Enskog展开.通过对演化方程的进一步改进,恢复出具有高阶截断误差的宏观方程.对不同参数选取下的非线性热传导方程进行了数值模拟,数值解与精确解吻合得很好.该模型也可以用于同类型的其他偏微分方程的数值计算中. 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 非线性热传导方程 LBGK模型 非线性源项
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自仿射粗糙割理中流体渗流的分形定律 被引量:7
10
作者 金毅 郑军领 +3 位作者 董佳斌 黄存捍 李翔 吴影 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第21期2036-2047,共12页
耦合分形理论、裂隙流控制方程及孔隙尺度下数值模拟技术,详细分析了煤储层单割理中端面几何对流体运移的控制作用.首先,依据流阻成因及作用方式,确立了割理端面几何对流体运移的多重效应模式及其所对应的物理参数,依次为水文弯曲度、... 耦合分形理论、裂隙流控制方程及孔隙尺度下数值模拟技术,详细分析了煤储层单割理中端面几何对流体运移的控制作用.首先,依据流阻成因及作用方式,确立了割理端面几何对流体运移的多重效应模式及其所对应的物理参数,依次为水文弯曲度、局部粗糙度因子以及端面曲折率.在此基础上,利用割理端面几何的自仿射属性,构建了观测尺度为割理开度时的分形裂-渗方程.其中,水文弯曲度和端面曲折率表现出不同的尺度不变特征,而局部粗糙度因子则具有长程平稳的特点.最后,利用格子Boltzmann方法于孔隙尺度下模拟了粗糙割理中煤层气的运移规律,结果表明:参数物理意义明确的新裂-渗方程解析值同数值模拟渗透率之间是高度一致的;在粗糙割理中,流速剖面的分布是一种正态分布而非抛物线模型;端面几何除了摩擦作用外还会引起涡流效应,并且同其局部特征直接相关,这会加剧压力的损失. 展开更多
关键词 自仿射端面 赫斯特指数 格子boltzmann模型 分形裂-渗方程 水文弯曲度 端面曲折率
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一类偏微分方程的格子Boltzmann模型 被引量:4
11
作者 戴厚平 郑洲顺 段丹丹 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2016年第3期21-26,共6页
研究了对流扩散方程、Burgers方程和Modified-Burgers方程等具有相同形式的一类偏微分方程。并且构建了带修正函数项的D1Q3格子Boltzmann模型求解这类方程。为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导... 研究了对流扩散方程、Burgers方程和Modified-Burgers方程等具有相同形式的一类偏微分方程。并且构建了带修正函数项的D1Q3格子Boltzmann模型求解这类方程。为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和修正函数的具体表达式。数值计算结果表明该模型是稳定、有效的。 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 对流扩散方程 BURGERS方程 Modified-Burgers方程 D1Q3模型
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大型航天器离轨再入气动融合结构变形失效解体落区数值预报与应用 被引量:5
12
作者 李志辉 彭傲平 +5 位作者 马强 石卫波 党雷宁 梁杰 蒋新宇 唐小伟 《载人航天》 CSCD 北大核心 2020年第4期403-417,共15页
准确可靠求解大型航天器服役期满离轨再入跨流域气动环境与金属(合金)桁架结构变形失效解体非线性力学行为,是解决航天器失联无控或受控再入坠毁飞行航迹落区数值预报软件研制的关键基础。在求解Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法(... 准确可靠求解大型航天器服役期满离轨再入跨流域气动环境与金属(合金)桁架结构变形失效解体非线性力学行为,是解决航天器失联无控或受控再入坠毁飞行航迹落区数值预报软件研制的关键基础。在求解Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法(GKUA)基础上,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量,引入能量模式配分函数和非弹性碰撞松弛数,确立了描述复杂飞行器跨流域高超声速流动非平衡输运现象统一Boltzmann模型方程,构造了直接捕捉Boltzmann模型速度分布函数演化更新数值格式,提出了离散速度空间区域分解大规模并行计算策略与高效数据通信模型,建立了稳定运行数万CPU核求解大型航天器离轨再入跨流域气动力/热环境高性能并行算法。针对无控航天器非常规再入问题,提出瞬态热传导方程与材料热弹性动力学方程耦合数学模型,建立了强气动力热环境致结构变形热力响应有限元算法,发展了适于高超声速再入气动环境与结构热力耦合计算技术。通过对竖直平板、中空球体、类天宫飞行器高超声速流场计算与结构响应变形非线性力学行为一体化计算验证,证实统一算法大规模并行计算策略与热力响应变形有限元算法精度可靠性,建立了服役期满大型航天器离轨再入跨流域气动环境与结构热力耦合响应变形失效/解体飞行航迹一体化模拟平台,开展了该平台在类天舟一号货运飞船受控再入、天宫一号目标飞行器无控陨落、天宫二号空间实验室受控再入解体落区数值预报中的应用研究。 展开更多
关键词 非常规再入落区数值预报 板舱桁架结构大型航天器 跨流域空气动力学 boltzmann模型方程 气体动理论统一算法 结构响应变形/毁坏有限元算法
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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
13
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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轴对称Boltzmann模型方程统一算法与空天飞行环境喷管流动模拟
14
作者 李凡 李志辉 +2 位作者 李中华 罗万清 陈爱国 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期47-55,I0001,共10页
拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题。为解决该问题,针对特定轴对称喷管... 拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题。为解决该问题,针对特定轴对称喷管内流动,本文通过数学推导确立描述不同克努森数稀薄环境条件下的轴对称喷管内流动Boltzmann模型方程,初步建立适于该模型方程的数值格式与气体动理论统一算法。通过开展同轴圆筒间的定常/非定常旋转流动以及轴对称喷管内流动数值计算研究,发现统一算法计算流场与其他途径得到的结果吻合较好,验证了统一算法在全局克努森数喷管流动模拟的适应性和可靠性。通过与低密度风洞实验对比,喷管出口核心区羽流结构一致,羽流轴线压力分布一致,表明统一算法可以有效解决喷管入口压缩段到扩张段多流域混合,尤其是出口附近稀薄气体真空低压环境流动问题。 展开更多
关键词 轴对称喷管流动 气体动理论统一算法 boltzmann模型方程 旋转库埃特流动 羽流环境
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含转动非平衡效应Boltzmann模型方程统一算法与跨流域绕流问题模拟研究 被引量:4
15
作者 李志辉 吴俊林 +1 位作者 蒋新宇 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期137-145,共9页
通过对转动自由度松弛变化特性的研究,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量,确立含转动非平衡效应各流域统一的Boltzmann模型方程。基于转动能量空间对分布函数进行守恒积分,得到计及转动非... 通过对转动自由度松弛变化特性的研究,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量,确立含转动非平衡效应各流域统一的Boltzmann模型方程。基于转动能量空间对分布函数进行守恒积分,得到计及转动非平衡效应的分子速度分布函数控制方程组,应用气体分子运动论离散速度坐标法对速度分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论统一格式。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影响的气体分子运动论边界条件数学模型及数值处理方法。由此提出模拟高稀薄自由分子流到连续流各流域转动非平衡效应的Boltzmann模型方程统一算法。通过对高、低不同马赫数1.5≤Ms≤25考虑转动非平衡效应的氮气激波结构与不同Knudsen数9×10-4≤Kn!≤10再入竖直平板、Ramp制动器、尖双锥外形跨流域高超声速绕流问题模拟研究,将计算结果与有关实验数据、广义退化Boltzmann与ES椭球统计模型等研究结果对比分析,验证含转动非平衡效应Boltzmann模型方程统一算法求解自由分子流到连续流跨流域绕流问题可靠性。 展开更多
关键词 boltzmann模型方程 转动非平衡 分子速度分布函数 跨流域绕流 统一算法
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Study on the unified algorithm for three-dimensional complex problems covering various flow regimes using Boltzmann model equation 被引量:3
16
作者 LI ZhiHui1,2 & ZHANG HanXin1 1 National Laboratory for Computational Fluid Dynamics, Beijing 100083, China 2 China Aerodynamics Research and Development Center, Hypervelocity Aerodynamics Institute, Mianyang 621000, China 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第1期124-138,共15页
The Boltzmann simplified velocity distribution function equation describing the gas transfer phenomena from various flow regimes will be explored and solved numerically in this study. The discrete velocity ordinate me... The Boltzmann simplified velocity distribution function equation describing the gas transfer phenomena from various flow regimes will be explored and solved numerically in this study. The discrete velocity ordinate method of the gas kinetic theory is studied and applied to simulate the complex multi-scale flows. Based on the uncoupling technique on molecular movement and colliding in the DSMC method, the gas-kinetic finite difference scheme is constructed to directly solve the discrete velocity distribution functions by extending and applying the unsteady time-splitting method from computational fluid dynamics. The Gauss-type discrete velocity numerical quadrature technique for different Mach number flows is developed to evaluate the macroscopic flow parameters in the physical space. As a result, the gas-kinetic numerical algorithm is established to study the three-dimensional complex flows from rarefied transition to continuum regimes. The parallel strategy adapted to the gas-kinetic numerical algorithm is investigated by analyzing the inner parallel degree of the algorithm, and then the HPF parallel processing program is developed. To test the reliability of the present gas-kinetic numerical method, the three-dimensional complex flows around sphere and spacecraft shape with various Knudsen numbers are simulated by HPF parallel computing. The computational results are found in high resolution of the flow fields and good agreement with the theoretical and experimental data. The computing practice has confirmed that the present gas-kinetic algorithm probably provides a promising approach to resolve the hypersonic aerothermodynamic problems with the complete spectrum of flow regimes from the gas-kinetic point of view of solving the Boltzmann model equation. 展开更多
关键词 boltzmann model equation kinetic theory VELOCITY distribution function discrete VELOCITY ORDINATE technique HYPERSONIC flow parallel computing numerical methods
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矢量图像去噪的格子波尔兹曼方法 被引量:3
17
作者 王志强 严壮志 +1 位作者 张蕊 钱跃竑 《应用科学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期493-500,共8页
针对矢量图像数据量大,基于传统非线性扩散模型的算法效率低和难以实现并行化的缺点,该文通过在格子波尔兹曼模型的松弛因子中嵌入矢量图像的边缘特征,并定义新的平衡态分布函数,实现矢量图像的非线性扩散去噪.此方法在保证稳定性的情况... 针对矢量图像数据量大,基于传统非线性扩散模型的算法效率低和难以实现并行化的缺点,该文通过在格子波尔兹曼模型的松弛因子中嵌入矢量图像的边缘特征,并定义新的平衡态分布函数,实现矢量图像的非线性扩散去噪.此方法在保证稳定性的情况下,能实现大步长迭代计算以提高计算效率.随后,通过二维扩散问题的数值仿真,定量评价了平衡态分布函数对计算精度和效率的影响.为验证此种方法,对分别受到加性高斯白噪声和脉冲噪声的彩色图像进行了去噪实验,结果显示在图像处理质量和计算效率方面,该文方法都优于加性算子分裂算法. 展开更多
关键词 矢量图像去噪 非线性扩散 格子波尔兹曼模型 偏微分方程
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用格子Boltzmann方法模拟涌波的反射与绕射 被引量:4
18
作者 刘峰 胡非 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第3期22-28,共7页
本文应用格子Boltzmann模型建立离散动力学模型,并利用Chapman Enskog对模型的方程组进行展开,建立了模拟二维浅水动力学的方程组。在从理论上证明了它严格地满足质量和动量的基本守恒定律的基础上,应用所建立的模型进行数值试验,模拟... 本文应用格子Boltzmann模型建立离散动力学模型,并利用Chapman Enskog对模型的方程组进行展开,建立了模拟二维浅水动力学的方程组。在从理论上证明了它严格地满足质量和动量的基本守恒定律的基础上,应用所建立的模型进行数值试验,模拟了溃坝涌波现象及其与固壁和建筑物的相互作用。利用这一模型计算了溃坝波与水中方柱和圆柱的相互作用,以及明渠内的涌波的反射和绕射复杂流场。该模型具有显式的表达形式,易于编程应用;粒子运动是彼此独立的,适合于并行数值计算;边界条件易于处理;易于处理多相流动微观机制等优点。 展开更多
关键词 格子Bonzmann模型 浅水波动方程 涌波 守恒定律
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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:4
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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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变系数反应扩散方程的格子Boltzmann模型 被引量:3
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作者 戴厚平 郑洲顺 段丹丹 《云南大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期524-529,共6页
研究了含变系数的反应扩散方程,构建了含弛豫时间函数τ(x,t)的D1Q3格子Boltzmann模型.为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和弛豫时间函数τ(x,t)的具体表达式.数... 研究了含变系数的反应扩散方程,构建了含弛豫时间函数τ(x,t)的D1Q3格子Boltzmann模型.为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和弛豫时间函数τ(x,t)的具体表达式.数值计算结果表明该模型是稳定、有效的. 展开更多
关键词 格子boltzmann模型 反应扩散方程 变系数 弛豫时间函数
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