基于动理学方程的多尺度数值方法
报告题目(Title)：基于动理学方程的多尺度数值方法
报告人(Speaker)：刘畅 博士 （香港科技大学）
地点(Place)：电子楼103
时间(Time)：2020年10月19日13：30-14：30
邀请人(Inviter)：潘亮
报告摘要
在航空再入、可控核聚变、页岩气开发等工程领域中，涉及到多尺度、多物理耦合的复杂流体力学现象，例如临近空间高超声速再入飞行器飞越距地面20-50km的空域，流场的Knudsen数变化可以达到5-6个数量级，同时飞行器表面流场也会存在强激波、真实气体效应、转捩流等复杂流场。复杂流体力学的研究对计算流体力学方法的多尺度性和捕捉多物理耦合问题的能力提出了很高的要求。
本次报告将介绍报告人近年来在多尺度数值方法方面的工作，主要包括基于确定性方法的统一气体动理学格式（UGKS）和基于随机过程的统一气体波粒方法（UGKWP）。两个格式多尺度性质的关键在于：第一，耦合了宏观守恒量的更新和微观分布函数的更新；第二，采用动理学方程的积分解构造数值通量和例子演化方程，格式构造中没有解耦粒子的迁移和碰撞的效应。确定性UGKS和随机性UGKWP方法都能够在稀薄流域较好捕捉气体的非平衡效应，同时在连续流域准确捕捉粘性效应。确定性UGKS方法噪音较低，能够更准确捕捉低速流动的流场；随机性UGKWP通过模拟粒子在速度空间中自适应，能够大幅降低高超声速和高维问题的内存消耗。特别的，UGKWP不仅具有二阶渐进保持（Asymptotic Preserving, AP）的多尺度性质，同时具有计算复杂度渐进降低（Asymptotic Computational Complexity Dimensioning, ACD）的性质，实现了在不同数值分辨率下的粗粒化建模以及计算量的自适应。基于UGKS和UGKWP方法，我们还发展了混合速度空间方法，能够高效准确捕捉全流域全流速问题，实现了在捕捉高马赫数激波结构的同时捕捉万分之一量级的温度波动。多尺度的UGKS和UGKWP方法被应用到多尺度气体输运、等离子体输运、辐射输运和离散两相流等领域，在多尺度、全流速、多物流复杂流场计算中体现出优势。
主讲人简介
刘畅，2016年博士毕业于香港科技大学，2016至今在香港科技大学做博士后研究。主要研究方向为基于动理学方程的多尺度数值方法，研究领域涵盖多尺度气体输运，等离子体输运，辐射输运和气固离散两相流等领域。在Journal of computational physics，physics of fluids等杂志发表论文12篇。
