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GKS y UGKS para Flujos de Alta Velocidad

Autores: Zhu, Yajun; Zhong, Chengwen; Xu, Kun

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

GKS y UGKS para Flujos de Alta Velocidad


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Esquema cinético de gases
Esquema cinético de gases unificado
Simulaciones numéricas
Flujos de alta velocidad
Flujos no equilibrados
Número de Knudsen

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El esquema cinético de gas (GKS) y el esquema cinético unificado de gas (UGKS) son métodos numéricos basados en la teoría cinética de gases, que se han utilizado ampliamente en simulaciones numéricas de flujos de alta velocidad y no equilibrados. Ambos métodos emplean una función de flujo multiescala construida a partir de las soluciones integrales de las ecuaciones cinéticas para describir el proceso de evolución local del transporte libre de partículas y la colisión. El efecto acumulativo de la colisión de partículas durante el proceso de transporte dentro de un paso de tiempo se utiliza en la construcción de los esquemas, y la física intrínseca de simulación del flujo en los esquemas depende de la relación entre el tiempo de colisión de las partículas y el paso de tiempo, es decir, el llamado número de Knudsen de la celda. Con la función de distribución inicial reconstruida a partir de la expansión de Chapman-Enskog, el GKS puede recuperar las soluciones de Navier-Stokes en el régimen continuo a un pequeño número de Knudsen, y obtener propiedades multidimensionales al tener en cuenta tanto las variaciones de flujo normales como tangenciales en la función de flujo. Al emplear una función de distribución de velocidad discreta, el UGKS puede capturar la física altamente no equilibrada y es capaz de simular flujos continuos y rarificados en todos los regímenes de número de Knudsen. Para la simulación de flujos no equilibrados de alta velocidad, se deben considerar los efectos de gas real, y la eficiencia computacional y la robustez de los esquemas son los grandes desafíos. Por lo tanto, se han realizado muchos esfuerzos para mejorar la validez y fiabilidad del GKS y UGKS tanto en el modelado físico como en las técnicas numéricas. En este artículo, damos una revisión del desarrollo del GKS y UGKS en las últimas décadas, como el modelado físico de un gas diatómico con rotación y vibración molecular a alta temperatura, física de plasma, técnicas computacionales que incluyen aceleración implícita y multigrid, métodos de reducción de memoria y adaptación onda-partícula.

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