In this work, we present a positivity-preserving high-order flux reconstruction method for the polyatomic Boltzmann--BGK equation augmented with a discrete velocity model that ensures the scheme is discretely conservative. Through modeling the internal degrees of freedom, the approach is further extended to polyatomic molecules and can encompass arbitrary constitutive laws. The approach is validated on a series of large-scale complex numerical experiments, ranging from shock-dominated flows computed on unstructured grids to direct numerical simulation of three-dimensional compressible turbulent flows, the latter of which is the first instance of such a flow computed by directly solving the Boltzmann equation. The results show the ability of the scheme to directly resolve shock structures without any ad hoc numerical shock capturing method and correctly approximate turbulent flow phenomena in a consistent manner with the hydrodynamic equations.


翻译:在这项工作中,我们提出了一种正性保持的高阶Flux Reconstruction方法,用于多原子Boltzmann-BGK方程,并加入离散速度模型以确保方案是离散守恒的。通过建模内部自由度,该方法进一步扩展到多原子分子,并可涵盖任意的本构定律. 该方法的有效性在一系列大规模复杂的数值实验中得到了验证,从在非结构化网格上计算的冲击主导流到三维可压缩湍流流动的直接数值模拟。后者是首次通过直接求解Boltzmann方程计算此类流动。结果显示,该方案能够直接解决冲击结构而无需任何特别的数值捕捉方法,并以一致的方式正确逼近湍流现象及与流体动力学方程一致的方式。

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