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Cubic Fokker-Planck Method for Rarefied Monatomic Gas Flow through a Slit and an Orifice

Jun, Eunji und Grabe, Martin und Hannemann, Klaus (2018) Cubic Fokker-Planck Method for Rarefied Monatomic Gas Flow through a Slit and an Orifice. Computers & Fluids, 175, Seiten 199-213. Elsevier. doi: 10.1016/j.compfluid.2018.08.028. ISSN 0045-7930.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2018.08.028

Kurzfassung

The flow through a thin slit and a thin orifice is studied with the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC), cubic Fokker-Planck (FP), and a coupled FP-DSMC hybrid method. Pressure driven monatomic gas flows through a slit and an orifice with various values of degree of rarefaction and pressure ratio are computed. The DSMC method is physically accurate for all flow regimes; however it is computationally expensive in high density, near continuum regions. An alternative stochastic particle scheme, the cubic FP kinetic model has addressed this issue by approximating the particle collisions involved in the Boltzmann collision integral with continuous stochastic processes. The ability of the cubic FP method to reproduce breakdown of translational equilibrium is discussed. In addition, a coupled FP-DSMC hybrid scheme is employed aiming at an efficient and accurate solution. The FP-DSMC hybrid scheme employs DSMC in rarefied regions and FP method in near continuum flow regions. Numerical procedures of the cubic FP method are implemented within the framework of an existing DSMC-solver, SPARTA. The FP-DSMC hybrid solution reproduces pure DSMC solution with improved computational efficiency up to a factor of eight for vacuum flow through a thin slit.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/121733/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Cubic Fokker-Planck Method for Rarefied Monatomic Gas Flow through a Slit and an Orifice
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jun, Eunjieunji.jun (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grabe, Martinmartin.grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, Klausklaus.hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Oktober 2018
Erschienen in:Computers & Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:175
DOI:10.1016/j.compfluid.2018.08.028
Seitenbereich:Seiten 199-213
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Elsevier
ISSN:0045-7930
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rarefied Gas Dynamics, Vacuum Flows, DSMC, Fokker-Planck (FP), FP-DSMC Hybrid, SPARTA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Grabe, Dr. Martin
Hinterlegt am:14 Nov 2018 15:58
Letzte Änderung:02 Nov 2023 09:45

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