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,我们为多元原子博尔茨曼-BGK等式提出了一种以离散速度模型增强的、确保该等式保守的离散速度模型的活性保存高序通量重建方法。通过对内部自由度进行建模,该方法进一步扩展至多原子分子,并可以包含任意的构成法。该方法在一系列大型复杂数字实验中得到验证,从在非结构式电网上计算休克控制流动到直接模拟三维压缩扰动流,后者是通过直接解决波尔茨曼等式计算出这种流动的首例。其结果显示,该方法能够直接解决冲击结构,而不会采用任何特别数字休克捕法,并能够以与流体动力方程式一致的方式正确接近动荡流现象。

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