辐射输运方程的统一气体动理学格式

• 作者: 江松 徐昆 孙文俊 许小静
• 来源期刊: 中国科学（数学）
• 关键词: 辐射输运方程 渐近保持 保正 统一气体动理学格式 辐射流体力学方程组
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 综述
• 页码范围: 799-832
• 页数: 34页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/SSM-2020-0278

摘要

辐射输运方程的数值模拟在天体物理、武器物理和惯性约束与磁约束聚变等研究中都起着非常重要的作用.在实际问题中,背景介质的不透明度系数决定了辐射光子在其中的传输行为.光性薄(不透明度系数小)的介质对辐射光子是透明的,光子与背景介质的相互作用弱,光子传输具有输运传播性质;而光性厚(不透明度系数大)的介质对辐射光子是不透明的,光子与背景介质的相互作用强,光子传输具有扩散性质.因此在辐射输运方程的计算中,如何设计既能得到光子输运传播性质又能捕捉光子扩散传播性质的渐近保持离散格式是目前一个非常活跃和前沿的研究方向.本文简要介绍近几年在辐射输运方程的渐近保持统一气体动理学格式(unified gas kinetic scheme,UGKS)研究方面的进展.本文主要以灰体辐射输运方程为例,详细介绍UGKS的构造方法并给出其渐近分析.同时,结合角度有限元方法和球谐函数展开的方法,介绍如何减弱/去除基于离散纵标法的UGKS具有射线效应的问题,以及相应的改进渐近保持格式.此外,也介绍了将渐近保持的UGKS应用拓展到考虑流体运动的完全辐射流体力学方程组.最后,用一些数值例子验证了格式的渐近保持性和保正性等性质.