Weekly Seminar of Computational Science and Engineering
题目：考虑高温热化学非平衡效应的气体动理论统一算法
报告人：吴俊林（中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所）
时间:11月2日（星期五）16:00—17:00
地点：长江中心409
摘要：随着航空航天飞行器飞行高度的增加，稀薄气体效应愈加显著，连续介质假设不再成立，气体流动需要从更微观的分子层面进行分析。稀薄气体动力学就是研究高空稀薄环境下气动问题的一门学科。截止目前，国际上模拟稀薄气体流动的实验手段还不完善，主要难点除了气体稀薄度难以模拟外，还有稀薄流动一般伴随着极高速、极高温现象，稀薄和高温条件下的真实气体效应也是让人头疼的问题。
数值模拟手段主要有直接模拟蒙托卡罗（DSMC）和Boltzmann方程两个分支。其中，DSMC不求解方程，它通过直接模拟仿真分子的运动和碰撞过程，并进行统计平均获得气体流动特征。由于真实分子数密度极大，仿真分子数难以在数量级上达到这个水平，因此会产生统计误差、统计波动等问题，同时分子碰撞模型的选择对气体流动的模拟也是非常重要的。而基于Boltzmann方程的确定论方法则通过数值求解方程得到流动特征，这与连续流区的Navier-Stokes方程类似，但其高维属性和复杂的方程形式足以让人望而却步。
气体动理论统一算法（GKUA）是通过求解简化后的Boltzmann模型方程得到气体流动输运特性，其高维属性和方程复杂性并没有得到根本改善，因此求解过程还是相当复杂，需要应用离散速度坐标法和有限差分、有限体积等等数值求解技术，并且对于三维问题一般需要大规模并行计算才能实现。但同时，随着临近空间飞行器、再入返回式飞行器等的发展，稀薄过渡流区的流动分析愈加重要，发展基于Boltzmann模型方程的数值计算方法有重大意义。本文通过发展考虑真实气体效应、化学反应，甚至离解复合反应的模型方程，对于高速、高温、稀薄流动带来的复杂化学物理现象，有望得到一种模拟更加真实环境下气体流动的数值计算方法。
来源链接：http://math.scu.edu.cn/info/1062/4065.htm
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