In this paper we present a novel technique for the simulation of moving boundaries and moving rigid bodies immersed in a rarefied gas using an Eulerian-Lagrangian formulation based on least square method. The rarefied gas is simulated by solving the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) model for the Boltzmann equation of rarefied gas dynamics. The BGK model is solved by an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method, where grid-points/particles are moved with the mean velocity of the gas. The computational domain for the rarefied gas changes with time due to the motion of the boundaries. To allow a simpler handling of the interface motion we have used a meshfree method based on a least-square approximation for the reconstruction procedures required for the scheme. We have considered a one way, as well as a two-way coupling of boundaries/rigid bodies and gas flow. The numerical results are compared with analytical as well as with Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) solutions of the Boltzmann equation. Convergence studies are performed for one-dimensional and two-dimensional test-cases. Several further test problems and applications illustrate the versatility of the approach.


翻译:在本文中,我们展示了一种新型技术,用于模拟移动边界和用以最小平方法为基础的Eulerian-Lagrangian-Lagrangian配方以稀薄气体中沉没的僵硬体体。稀有气体的模拟技术是用来解决Bartnagar-Gross-Krook(BGK)的Boltzmann 等式稀有气体动态的Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)模型。BGK模型是用一种任意的Lagrangacian-Eulelian(ALE)方法解决的。在这种方法中,网格点/粒子与气体的平均速度一起移动。稀有气体的气体变化的计算领域随着边界的移动而随着时间的变化。为了便于对界面运动进行更简单的处理,我们使用了一种以最不平面近似的方法来解决稀有气体动态。我们考虑了一种方法,以及边界/固定体和气体流的双向组合。将数字结果与分析以及直接模拟的Mon-Carlo(DMC) 和Boltzmann 等距的两种测试方法的两维测试方法的应用进行了比较。

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