工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题.基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式,在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用.为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制,文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解.SD...工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题.基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式,在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用.为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制,文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解.SDUGKS格式由离散统一气体动理学格式(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)的核心思想发展而来,应用于稳态问题计算.将SDUGKS格式进一步拓展到多尺度的稳态热辐射输运计算.SDUGKS格式继承了DUGKS格式沿特征线离散实现的界面重构,并通过隐式增量格式的单元更新实现对辐射强度的较正,采用逐次迭代法将辐射强度渐近收敛到稳定值.选用多组一维和二维不同尺度的辐射传热算例,通过与特定的解析解以及其他数值方法结果对比,检验了SDUGKS的计算精度和计算效率,并论证了它在多尺度问题中的渐进保持性质.展开更多
离散统一气体动理学算法(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS)是一种多尺度计算流体力学方法,该方法适用于所有流域的流体力学模拟。在三维不可压缩热流体的仿真中,原始双分布DUGKS的算法结构较为复杂,且时间步长受限于较小的CF...离散统一气体动理学算法(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS)是一种多尺度计算流体力学方法,该方法适用于所有流域的流体力学模拟。在三维不可压缩热流体的仿真中,原始双分布DUGKS的算法结构较为复杂,且时间步长受限于较小的CFL数(CFL<1),其计算效率亟待提升。在对原始DUGKS的研究中发现,可以通过改变原始算法中对微通量的求解方式来优化算法结构,发展一种三维热流体简化DUGKS。理论上,简化DUGKS可以使计算量节约50%左右。三维自然对流的数值模拟结果则进一步表明:在相同的计算网格和时间步长下,简化DUGKS的数值精度与原始DUGKS相当,其计算速度接近原始DUGKS的2倍;简化DUGKS在CFL数为1.7时仍能获得精确的预测结果,采用较大的时间步长可以使计算成本进一步节约70%。算法结构的简化和数值稳定性的提高使DUGKS的计算效率大幅提升。展开更多
文摘工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题.基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式,在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用.为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制,文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解.SDUGKS格式由离散统一气体动理学格式(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)的核心思想发展而来,应用于稳态问题计算.将SDUGKS格式进一步拓展到多尺度的稳态热辐射输运计算.SDUGKS格式继承了DUGKS格式沿特征线离散实现的界面重构,并通过隐式增量格式的单元更新实现对辐射强度的较正,采用逐次迭代法将辐射强度渐近收敛到稳定值.选用多组一维和二维不同尺度的辐射传热算例,通过与特定的解析解以及其他数值方法结果对比,检验了SDUGKS的计算精度和计算效率,并论证了它在多尺度问题中的渐进保持性质.
文摘离散统一气体动理学算法(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS)是一种多尺度计算流体力学方法,该方法适用于所有流域的流体力学模拟。在三维不可压缩热流体的仿真中,原始双分布DUGKS的算法结构较为复杂,且时间步长受限于较小的CFL数(CFL<1),其计算效率亟待提升。在对原始DUGKS的研究中发现,可以通过改变原始算法中对微通量的求解方式来优化算法结构,发展一种三维热流体简化DUGKS。理论上,简化DUGKS可以使计算量节约50%左右。三维自然对流的数值模拟结果则进一步表明:在相同的计算网格和时间步长下,简化DUGKS的数值精度与原始DUGKS相当,其计算速度接近原始DUGKS的2倍;简化DUGKS在CFL数为1.7时仍能获得精确的预测结果,采用较大的时间步长可以使计算成本进一步节约70%。算法结构的简化和数值稳定性的提高使DUGKS的计算效率大幅提升。
