Simulações de Fluxo Não Equilíbrico Usando Método Unificado de Onda-Partícula Gas-Química

Fluxos não equilíbricos são frequentemente encontrados em aplicações de engenharia aeroespacial, como reentrada de espaçonaves, lançamento de foguetes e controle de atitude de satélites. Simulações numéricas ajudam muito na compreensão do fluxo não equilíbrico, efeitos multiescala e a dinâmica nessas aplicações. Acoplando transporte de partículas e colisão dentro do processo de evolução do gás, o método unificado de onda-partícula gas-química (UGKWP) foi desenvolvido para simulação de fluxo multiescala, oferecendo uma estratégia que equilibra precisão e eficiência. No presente estudo, o método UGKWP simula problemas desafiadores de fluxo com grandes variações do número de Knudsen, incluindo fluxo supersônico em torno de uma esfera, fluxo hipersônico em torno de um veículo espacial, pluma de bico em vácuo e impacto de jet lateral no fluxo hipersônico. O UGKWP captura com precisão estruturas de fluxo complexas e foi verificado por meio de dados experimentais ou resultados de simulação direta de Monte Carlo. Em relação ao custo computacional, o método UGKWP requer apenas 60 GiB de memória para simular o veículo espacial tridimensional com 560.593 células sob várias condições de fluxo, o que é gerenciável mesmo em estações de trabalho pessoais. Dada sua excelente eficiência e precisão, o método UGKWP demonstra benefícios substanciais na simulação de fluxo multiescala para aplicações de engenharia aeroespacial.