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强烈建议管理员建一个直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方面的模块

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发表于 2009-7-18 22:44:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

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国外DSMC(Direct  Simulation Monte Carlo)从上世纪七十年代开始发展,第一批牛人以澳大利亚悉尼大学的G A BIRD为代表,建立了DSMC方法的总体柜架以及具体的应用方法,其中最为经典的粒子碰撞模型(变径硬球碰撞模VHS、变径软球碰撞模型VSS等)和壁面碰撞模型(LB模型)直到现在仍然在研究性的领域应用着。
        伦敦大学的A A Agbormbai以Boltzmann方程与DSMC方法的三个相同的理论假设(分布函数变化由碰撞与迁移引起、双体碰撞、分子混沌)做为基点,证明了DSMC从物理本质上给出了Boltzmann方程的解(由于Boltzmann方程的特殊性------左边为微分项,右边为碰撞积分项,自从创立以来其求解就是数学界的难题)。并且,由于Boltzmann方程是对任何状态的流体(气体和液体)(其中有些文献提到此方程甚至是对固体分子作用的模拟,由于本人理解有限,在这个上面一直没有想明白原因)分子作用过程的模拟,所以认为DSMC方法适用于任何状态的气体,包括自由分子流、过渡区流动、连续流区(可悲的是,国内很多气动方面的大牛仍然认为DSMC只能作稀薄气体方面的模拟!)
         同时,NASA对DSMC方法在工程上的应用已经得到验证,证明了其实际的工程应用价值(相信搞气动的都明白NASA对验证新方法在实际工程应用上的权威性)。
         本人在DSMC方面的涉足尚浅,但是仍然发现DSMC与传统CFD在捕捉高超声速钝头体前激波的差异。传统的CFD可以得到激波的厚度很薄甚至可以认为是零(仅限于网格密度),符合解的间断。但是DSMC方法无论你怎么算,激波总是有一个厚度的。这是符合实际的物理现象的,因为实际的物理现象中,根本不存在气体特性的突变,它总是有一个变化的过程(所谓解的间断仅仅是一个数学上的概念)。并且,随着高度的增加,空气密度降低,趋于稀薄时,在相同的马赫数条件下其激波厚度是增加的,这仅仅是计算的结果和直观上的认识,单纯理论上的证明尚不清楚。
           面对国外某些信息方面的封锁,我们在面临一些困难时总得找出我们自己的解决方法。我觉得在我们这个论坛上找DSMC相关方面的资料很难,但是在国内DSMC却是一个蓬勃发展的新学科。故,本人建议专门建立一个关于DSMC方面的模块,以增进DSMC方面各爱好者的交流。现在的研究领域,闭门造车早已经成为过去,大家只有互通有无,才能取得进步。

[ 本帖最后由 cobrapatriot 于 2009-7-18 22:50 编辑 ]
发表于 2009-7-19 00:02:54 | 显示全部楼层
CFD基础理论这个版块本身就是讨论各种算法理论的,DSMC方面的帖子还不多,尚不具备单独开辟版块的条件,所以还是先在这里讨论。如果关注这个方向的人确实很多,再开版块也不迟。
 楼主| 发表于 2009-7-19 01:44:10 | 显示全部楼层

回复 2# 周华 的帖子

问题在于,DSMC与CFD是两个不同的概念,把两个不同的东西放在一起讨论,未免有些不妥。CFD是计算流体力学,而DSMC它并不是计算流体力学的范畴,二者有着严格的区分。(搞CFD的不一定明白这两者的区别,但是二者对于搞DSMC的人来说却是泾渭分明)另外,没有给DSMC提供一个很好的交流平台,大部人对DSMC都知之甚少,甚至没有这个概念,这本身就是对DSMC方法发展的一种限制。任何事物的发展总有从无到有、从小到大的过程,我们论坛做为一个开放的、兼容并蓄、自由的平台,有关流体计算方面的方法,没有DSMC自己的模块,我始终觉得是一个遗憾。诚如楼上所言,等关注这方面的人多了再开版块,这无异于对DSMC方法发展与交流的一种限制。我们应该提供平台,给予足够的支持,才能让它进一步地流传、发展。。。
发表于 2009-7-19 13:38:46 | 显示全部楼层
非常理解你的心情。严格说起来很多无网格法也都不能算作CFD的一部分,CFD只是那种方法的应用领域之一。不过我们过去曾经尝试开设过各种论坛,一般是刚开设的那几天热闹一下,然后就逐渐归于沉寂,甚至版主自己都很少再发布相关信息,最终结局还是被并入CFD理论等母论坛,所以我还是建议您先在CFD论坛中发布一些资料信息,“嘤其鸣矣,求其友声”嘛,看看有没有人也在关注这个领域,人气聚集起来后再考虑单独开设论坛。或者也可以先开设博客,逐渐有人关注以后,再开设专门论坛用于交流。你再斟酌一下,如果你有把握把这个论坛持续办下去,我们一定为你开设这个平台。
发表于 2009-7-20 16:17:43 | 显示全部楼层

回复 1# cobrapatriot 的帖子

我对DSMC有所了解,针对楼主的观点,我说几句:
1,Boltzmann方程是对气体的描述,不包括液体。其基本假设有分子混沌,两体碰撞。
2,DSMC方法适用于任何状态的气体,包括自由分子流、过渡区流动、连续流区,这是对的。之所以很多人认为DSMC只能作稀薄气体方面的模拟,是限于目前计算机的能力,DSMC在稀薄气体应用很广,但对连续流模拟就很困难,因为需要很多的分子数,但采用并行计算是可以实现的。我做过连续区Rayleigh-Benard对流的分子模拟
3,要想正确的模拟激波结构,必须采用分子动理论的观点,比如DSMC方法,或者是BGK方法。N-S方程肯定是做不对的,在稀薄气体领域,激波结构变宽,跟研究对象的特征尺度可比,正确的模拟激波结构就显得很重要。而在连续区,激波结构较窄。
4,国内方面有沈青先生写的《稀薄气体动力学》,你可以参考看看。
 楼主| 发表于 2009-7-21 00:26:13 | 显示全部楼层

回复 5# bigfeather 的帖子

我觉得想对一个问题有所深入的把握,还是看一些一手资料比较好,因为二手资料是经过别人嚼过的,然后再创作的结果,有时难免会与原著有所出入。比如您所言的沈青先生的《稀薄气体动力学》,还有一本是陈伟芳的《高温稀薄气体热化学非平衡流动的DSMC方法》如果您看到过1994年 G A BIRD(相信您知道他是何许人也)的英文原著<Molecular Gas Dynamics and The Direct Simulation of Gas Flows>,那么你会觉得沈青先生所写的书上对一些基本的概念都没有弄明白,所以此书的充其量仅仅是帮助我们理解原著而已。
     另外呢,我不知道您看到的对Boltzmann方程的解释是谁说的,我记得一篇七几年英文论文上专门对此方程有过深入的介绍,明明确确提到,此方程可以模拟液体与固体中粒子的碰撞与跳动。只是限于我理解有限,并没有对这个方程本身有深入的认识。。。
     值得庆幸的是,其它的一些问题,我们似乎可以达成共识,呵呵。。。。。。
发表于 2009-7-21 09:36:05 | 显示全部楼层

回复 6# cobrapatriot 的帖子

1,Bird的书我通读过,如果你要深入了解分子动理论,还应该看看Chapman的《The mathematical theory of non-unifor gases》和 Vincenti的《Introduction to physical gas dynamics》.这两本书是经典的理论,而Bird的书是DSMC的具体实现。,关于沈青的书,不知道你提到的错误在哪里,可以拿出来讨论,有些是表达式的写法不一样,没有原理上的错误。毕竟,他们在DSMC方面作了将近20年。

2,我希望你把关于Boltzmann方程解释的文献贴出来。请问,Boltzmann方程考虑分子碰撞时,怎么考虑液体分子和固体分子?当然DSMC是可能模拟液体分子的,DSMC虽然在数学上可以证明收敛于Boltzmann方程,但又不限于Botzmann方程,比如,DSMC就可以研究三体碰撞。如果要想模拟稠密气体或者是液体,需要采用Enskog方程,相应的DSMC也要做一些改动。具体我没有做过。你可以找文献看看。
 楼主| 发表于 2009-7-21 23:38:32 | 显示全部楼层

回复 7# bigfeather 的帖子

没有想到我的建议引起很强烈的讨论,这实属我预料之外,看来还是有必要设一DSMC版块,您可以做版主,可以发表更多的看法。只能怪我才疏学浅,读过的一手资料仅到bird先生的和几个大牛发表的文章为止,更前的原著,我的确是没有读过。。。
     之前那个周华留言说我有把握的话可以把这个版块办下去,但是就因为我对DSMC没有达到深入把握的地步,另外也没有充足的时间上网,无力胜任这个版主,所以我不敢说我有把握。现在看来,不妨您做这个版主,我们才能把这个版块持续做下去,如此则不枉我费了一番苦心。。。为现在和以后更多学习DSMC方法的人进行讨论提供一方沃土。
     最后呢,针对于你提到的两个问题,如果我再跟你一味纠缠下去,方失去了我建议的初衷。我不说我不明白的,但是对于我明白的,我不会糊涂。。。。。。
发表于 2009-7-22 12:01:57 | 显示全部楼层

回复 8# cobrapatriot 的帖子

办版的可能性不大,有问题可以直接在这个版讨论。我也是偶然看到这个帖子,才参与讨论。
 楼主| 发表于 2009-7-22 21:50:33 | 显示全部楼层

回复 9# bigfeather 的帖子

我最初的意思是,建立一个DSMC版块,这样的话可以专门进行这方面的讨论与资料共享。。。
如果能有一个DSMC方面的专家做版主,我相信办这个版块是没有任何问题的。。。
发表于 2009-7-31 21:14:10 | 显示全部楼层
要真开的话还是开个“稀薄气体动力学”这样的版块,或者在实战版块里加个“稀薄流动数值模拟”版块,DSMC毕竟太单一,还有比如快捷实用的工程方法,Boltzmann方程直接求解方法,模型方程方法,甚至BGK方法,LBM方法,她们都是基于Boltzmann方程的,都是过渡流区数值模拟今后发展方向。当前航天事业蓬勃发展,相关的试验能力和理论分析能力却远达不到要求,适当交流有助提高。

[ 本帖最后由 homer 于 2009-7-31 13:16 编辑 ]
 楼主| 发表于 2009-7-31 22:59:43 | 显示全部楼层

回复 11# homer 的帖子

很好,需要一个競競业业的斑主啊。。。
发表于 2009-8-1 18:52:11 | 显示全部楼层
我来说下把:

不论是DSMC还是稀薄气体动力学,都属于狭窄的专业范围,不值得开一个新的版块。 如果非要涉及这些方面的,“微型流体论坛”版块和“空气动力学”版块,其实也包括了其中的部分应用。 DSMC较多的应用在纳米和微观流动。

要我来考虑吧,可以建议开一个版块“纳米/微观流体力学”, 合并原来的“微型流体论坛”。这样,有关DSMC或稀薄等话题可以在此讨论。

欢迎拍砖CFDNHT
发表于 2009-8-2 23:39:38 | 显示全部楼层
DSMC应用于微观流动波动太大,即便IP技术也存在一些问题,还不如LBM方法。
不知道楼上何以认为RGD是狭窄的专业范围,据我所知,连续流NS方程也仅仅是Boltzmann方程在KN<<1的宏观形式,也就是说本论坛几乎所有讨论的都没有脱出这个范围。
发表于 2009-8-4 15:27:11 | 显示全部楼层
开设的版面要概括大部分的类似学科方向。不可能单单为了某种数值方法或者专业学科就开设一个新的版面:你建议开DSMC,他建议开LBM,她建议开SIMPLE.....或你建议开稀薄气体动力学,他建议开弹道气体力学,她建议开飞行器设计...  ,哪岂不是满天飞的版面了。。。就当开设课程目录了 。。

涉及的研究归属某个学科或者大方向,就以该学科来开设。 CFDNHT
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