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

摘要：

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H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

所属期刊栏目：66

分类号：TQ0;O56

资助基金：国家重点基础研究发展计划2014CB744100;国家自然科学基金批准号: 11325212, 91016027资助的课题.Project supported by the National Basic Research Program of ChinaGrant 2014CB744100;the National Natural Science Foundation of ChinaGrant . 11325212, 91016027

在线出版日期：2017-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共18页

页码：197-214