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Master equation approach for modeling diatomic gas flows with a kinetic Fokker-Planck algorithm

Hepp, Christian und Grabe, Martin und Hannemann, Klaus (2020) Master equation approach for modeling diatomic gas flows with a kinetic Fokker-Planck algorithm. Journal of Computational Physics, 418 (109638). Elsevier. doi: 10.1016/j.jcp.2020.109638. ISSN 0021-9991.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021999120304125

Kurzfassung

In recent years the kinetic Fokker-Planck approach for modeling gas flows has become increasingly popular. In the Fokker-Planck ansatz the collision integral of the Boltzmann equation is approximated by a Fokker-Planck operator in velocity space. Instead of solving the resulting Fokker-Planck equation directly, the underlying random process is modeled, which leads to an efficient stochastic solution algorithm. Despite the attention to the Fokker-Planck ansatz, the modeling of polyatomic gases has been addressed only in a few works. In this paper a scheme is presented to extend arbitrary monatomic Fokker-Planck models to model polyatomic species. A master equation approach is used to model internal energy relaxation, but instead of solving the master equation directly, the underlying random process is simulated. Three different models are suggested to describe internal particle energies as continuous scalars or as a set of discrete energy levels. The proposed models are applied on different test cases to demonstrate their accuracy. Within the bounds of expectations, a very good agreement with reference DSMC simulations is achieved.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138576/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Master equation approach for modeling diatomic gas flows with a kinetic Fokker-Planck algorithm
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hepp, ChristianChristian.Hepp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8465-9926NICHT SPEZIFIZIERT
Grabe, MartinMartin.Grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, KlausKlaus.Hannemann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9653-4087NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Oktober 2020
Erschienen in:Journal of Computational Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:418
DOI:10.1016/j.jcp.2020.109638
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTelsevierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0021-9991
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rarefied gas flows; Fokker-Planck equation; Master equation; DSMC; Kinetic models; Diatomic gas
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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:15 Dez 2020 22:24
Letzte Änderung:23 Okt 2023 13:57

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