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A kinetic Fokker-Planck approach to model hard-sphere gas mixtures

Hepp, Christian und Grabe, Martin und Hannemann, Klaus (2020) A kinetic Fokker-Planck approach to model hard-sphere gas mixtures. Physics of Fluids, 32 (2), Seiten 1-18. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/1.5141909. ISSN 1070-6631.

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1MB

Offizielle URL: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5141909

Kurzfassung

Since its first introduction, it has always been a subject of research to find models for a meaningful approximation of the highly accurate but complex Boltzmann equation. In the kinetic Fokker-Planck (FP) approach, a FP operator in velocity space is employed to approximate the collision integral of the Boltzmann equation. Instead of directly solving the resulting FP equation, a Monte Carlo technique is used to model an associated random process. This approach leads to an efficient stochastic solution algorithm. In recent years, the FP ansatz has become increasingly popular. Nevertheless, the modeling of gas mixtures in the context of kinetic FP has so far only been addressed in a very few papers. This article introduces a kinetic FP model that is capable of describing gas mixtures with particles interacting according to the hard-sphere collision model. The model is constructed to reproduce Grad's 13 moment equations on a Navier-Stokes level of accuracy for gas mixtures with an arbitrary number of constituents. A stochastic simulation algorithm is derived that ensures a correct evolution of the species diffusion velocities and the species temperatures for a homogeneous gas, regardless of the applied time step size. It is shown that the proposed model is capable of correctly predicting shear stresses, heat fluxes, and diffusion velocities for different test cases, employing a He-Ar mixture.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138579/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A kinetic Fokker-Planck approach to model hard-sphere gas mixtures
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:18 Februar 2020
Erschienen in:Physics of Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:32
DOI:10.1063/1.5141909
Seitenbereich:Seiten 1-18
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIP PublishingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:1070-6631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Kinetic particle method, Fokker-Planck equation, None equilibrium flows, Multi species flow, DSMC
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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 23:01
Letzte Änderung:24 Okt 2023 11:13

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