Projective multiscale time-integration for electrostatic particle-in-cell methods
由于动力学等离子体物理中的多尺度强耦合现象，其数值模拟往往具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一个基于小波的粗粒度的数值方案，基于无方程投影积分的框架，为动力学等离子体系统建模的Vlasov-Poisson方程。一个动力学粒子在细胞（PIC）的代码被用来模拟短时间间隔的中尺度动力学。这使得外推在长时间步长的行为的一个粗糙的基于小波的离散化的系统。为了验证的方法和基本的概念，我们进行了两个1D 1V数值实验：非线性传播和陡峭的离子波，在真空中的等离子体板的膨胀。解决PIC模拟的直接比较显示出良好的一致性。我们表明，加速的投影积分计划在整个粒子计划的规模与系统的大小呈线性关系，表现出效率，同时考虑到充分的动力学，非麦克斯韦效应。这表明，该方法是潜在的感兴趣的动力学等离子体问题的尺度分离大，特别是在更高的维度。
2016-10-04 physics.comp-ph
Multiscale Kinetic Methods for Nonequilibrium Flow and Transport
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本文综述多尺度动力学方法，通过数值方法、计算策略、渐近性质和框架级表述四个层面，统一桥接稀薄至连续介质非平衡流动与输运问题，强调共同原理及其方法论演进。
2026-09-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unified Gas-Kinetic Scheme for Unsteady Multiscale Flows with Moving Boundaries
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Department of Mathematics, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学数学系）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学机械与航空航天工程系）；Shenzhen Research Institute, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学深圳研究院）
本文提出一种混合重叠移动网格技术，用于模拟具有移动边界的多尺度流体，如高超声多体分离和微机电系统中的流体，通过隐式不稳UGKS求解器提高计算效率。
2026-04-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A multiscale discrete velocity method for model kinetic equations
本文将传统的离散速度法（DVM）改进为有限体积框架下的多尺度格式，用于求解各种流型的气体流动。与经典的多尺度动力学方法统一气体动力学方案（UGKS）和离散统一气体动力学方案（DUGKS）不同，统一气体动力学方案主要关注胞元界面分布函数的演化，而本方案将宏观变量的通量分为平衡通量和非平衡通量两部分，非平衡通量通过对胞元中心离散分布函数积分来计算，该方法克服了传统DVM在连续流区数值耗散过大的缺点。然后，通过简单地对单元中心的离散分布函数进行积分，或者通过基于宏观和微观系统的增量混合，最终更新宏观变量，从而实现多尺度特性。通过对非定常、定常、高速、低速等不同流型的数值算例的计算，验证了从自由分子到连续Navier-Stokes方程的多尺度DVM方法的良好性能，证明了该方法的多尺度特性。
2020-03-21 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Multiscale discrete Maxwell boundary condition for the discrete unified gas kinetic scheme for all Knudsen number flows
本文提出一种多尺度离散麦克斯韦边界条件，用于离散统一气体动理学格式，消除虚假滑移和温度跳跃，实现全克努森数流动的准确模拟。
2025-01-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Implicit unified gas kinetic particle method for steady-state solution of multiscale phonon transport
本文提出隐式统一气体动理学粒子（IUGKP）方法，融合BGK积分解、粒子输运、非精确Newton迭代和零碰撞技术，高效准确求解多尺度声子输运稳态问题，实现一至两个数量级加速。
2025-06-11 physics.comp-ph
Discrete unified gas kinetic scheme for multiscale heat transfer with arbitrary temperature difference
基于非灰声子输运模型，建立了求解任意温差下多尺度传热问题的有限体积离散统一气体动力学格式（DUGKS）。在大温差下，声子玻尔兹曼输运方程（BTE）不仅在频率空间是多尺度的，而且在空间也是多尺度的。为了实现多尺度声子输运的有效耦合，在重构细胞界面分布函数的基础上，将声子散射和平流耦合在一起。采用牛顿方法求解非线性散射项，以更新胞心和界面处的温度。此外，在细胞中心的能量更新的宏观方程，而不是采取的分布函数的时刻，这增强了数值守恒。跨平面传热的数值计算结果表明，该格式可以在较宽的范围内精确描述任意温差下的多尺度传热现象。在扩散区，即使时间步长大于弛豫时间，本格式也能准确地捕捉瞬态热输运过程。与小温差下的温度分布相比，随着温差的增大，温度分布的变化表现出很大的不同，在弹道区，区域内的平均温度升高，而在扩散区，区域内的平均温度降低。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Unified Gas-kinetic Wave-Particle Method IV: Multi-species Gas Mixture and Plasma Transport
本文将统一气体动力学波粒（UGKWP）方法推广到多组分气体混合和多尺度等离子体输运问题。该格式的构造基于网格尺寸和时间步长的直接建模，局部单元的努森数决定了流动物理性质。该方案具有多尺度和渐近复杂度递减特性。多尺度特性意味着根据单元的Knudsen数，该方案可以捕获稀薄流区的非平衡流动物理，并保持连续流区的渐近Euler，Navier-Stokes和磁流体力学极限。渐近复杂性递减性质意味着格式的总自由度随着单元格Knudsen数的减小而自动减小。在连续体区域，该方案自动从动力学求解器退化为流体动力学求解器。在UGKWP中，微观速度分布的演化与宏观变量的演化相耦合，颗粒演化以及宏观通量从时间累积解到时间步长尺度从动力学模型方程来模拟。对于等离子体输运，电流方案提供了一个平滑的过渡，从粒子在细胞（PIC）的方法在稀薄的制度，磁流体动力学（MHD）求解器在连续制度。在连续极限下，UGKWP方法的网格尺寸和时间步长不限于小于平均自由程和平均碰撞时间。在强磁化区，晶胞尺寸和时间步长不受德拜长度和等离子体回旋周期的限制。在多个流态下的数值试验验证了该格式的多尺度性和渐近复杂性减小性。
2020-09-18 physics.comp-ph
Fluid Solver Independent Hybrid Methods for Multiscale Kinetic equations
University of Ferrara（费拉拉大学）
提出一种与流体求解器无关的混合方法，通过耦合蒙特卡罗动力学方法与宏观流体方法，高效求解多尺度动力学问题，并减少数值波动。
2009-08-04 cs.NA math-ph math.MP
Unified gas-kinetic simulation for the system of multiscale radiation hydrodynamics
本文主要研究辐射流体力学系统中的多尺度物理问题。该系统耦合了流体动力学方程和辐射传热方程。耦合系统采用气体动力学格式（GKS）求解可压缩粘性和热传导流动，采用统一气体动力学格式（UGKS）求解非平衡辐射转移，并考虑两相间的动量和能量交换。对于辐射转移，由于流体不透明度在不同区域可能有很大的变化，因此采用多尺度UGKS方法模拟光子在流动系统中的传输，该方法能够自然地捕捉从自由流动到扩散传播的传输过程，由于GKS和UGKS都是有限体积方法，所有的未知量都定义在每个控制体积内，并且对于流体动力学和辐射变量一致地离散化。对于耦合系统，该格式具有渐近保持（AP）性质，如在光厚区域恢复辐射流体动力学方程的平衡扩散极限，其中胞元尺寸不受光子平均自由程的限制.
2019-09-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Symplecticity-preserving Gas-kinetic Scheme for Hydrodynamic Equations under Gravitational Field
本文定义了一个能精确保持流体静力学等温解的重力流体动力学系统的平衡格式。在本文中，我们将构造一个良好平衡的气体动力学保辛BGK（SP-BGK）格式。为了发展这样一个计划，我们模型的引力势作为一个分段的阶梯函数与潜在的跳跃在细胞界面。同时，利用刘维尔定理和哈密顿流的保辛性质描述了粒子通过势垒的穿透、反射和变形。使用保辛性质的哈密顿流是至关重要的气体分布函数的高阶矩的评估时，通过潜在的跳跃。SP-BGK方法是目前第一个具有良好平衡性的激波捕捉Navier-Stokes流场求解方法。一些定理将证明这个计划，其中包括使用一个精确的麦克斯韦保持流体静力学状态的必要性，总质量和能量（动能，热和引力的总和）守恒，以及在粒子传输和碰撞过程中保持流体静力学状态的良好平衡的属性。数值算例验证了SP-BGK格式的有效性。
2010-12-15 physics.comp-ph
Accelerated simulation of multiscale gas-radiation coupling flows via a general synthetic iterative scheme
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本研究提出通用合成迭代方案，用于高效模拟多尺度气体-辐射耦合流，显著提升计算效率并准确捕捉非平衡效应。
2026-01-07 physics.comp-ph
UGKS and UGKWP Methods for Multiscale Simulation of Electrostatic Plasma in Quasineutral and Hydrodynamic Limits
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Shenzhen Research Institute, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学深圳研究院）
本文提出了一种适用于等离子体多尺度模拟的统一气体动力学方案和波-粒子方法，通过改进泊松方程和耦合碰撞输运过程，有效处理准中性和水动力极限下的等离子体动态。
2025-12-17 physics.comp-ph
A unified gas-kinetic wave-particle method for multiscale gas-mixture flow with an elementary chemical reaction
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；HKUST Shenzhen Research Institute（香港科技大学深圳研究院）
本文将UGKWP方法扩展至带基元反应的多尺度混合气体流动，通过波粒解耦、宏观化学源项处理等方式改进，经高超声速圆柱、激波结构及三维侧喷算例验证，与DSMC结果吻合，具备多尺度多物种反应流动计算能力。
2026-09-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unified Gas-Kinetic Wave-Particle Method for Multiscale Flow Simulation of Partially Ionized Plasma
本研究提出适用于部分电离等离子体的统一气体动理学波粒方法，兼具多尺度与统一保持特性，可实现从稀薄区PIC方法到连续区MHD求解器的平滑过渡，经多类测试验证能无缝捕捉不同尺度等离子体特征。
2024-07-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
An implicit multiscale solver for steady kinetic equations based on wave-particle decomposition
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Shenzhen Research Institute, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学深圳研究院）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算力学研究所）
该研究针对稳态动力学计算的网格解析与误差消除问题，提出基于波粒分解的隐式多尺度求解器，经多类流动算例验证，其在连续介质极限下可减少迭代次数与计算时间，兼具动力学保真度。
2026-10-16 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Equation-Free Multiscale Computation: enabling microscopic simulators to perform system-level tasks
我们提出并讨论了一个框架，计算机辅助多尺度分析，使模型在“精细”（微观/随机）的描述水平，以执行建模任务在“粗糙”（宏观，系统）的水平。这些宏观建模任务，产生信息在很长的时间和大的空间尺度，通过适当的初始化调用微观模拟器，只有很短的时间和小的空间域完成。我们的无方程（EF）的方法，当成功时，可以绕过推导的宏观演化方程时，这些方程概念上存在，但不能在封闭的形式。我们将讨论如何辅助发展的计算超结构的几何学可能使替代描述的问题物理（例如，在相对短的时间和空间尺度上执行的晶格玻尔兹曼（LB）、动力学蒙特卡罗（KMC）或分子动力学（MD）微观模拟器（在相对大的时间和空间尺度上的积分、“粗略”分叉分析、优化和控制）。实际上，该程序构成了一个系统识别的基础上，“按需关闭”的计算工具包，桥梁微观/随机模拟与传统的连续科学计算和数值分析。我们通过化学动力学（LB，KMC），流变学（布朗动力学），均匀化和计算的“粗糙自相似”的解决方案的例子来说明这些想法，并讨论各种功能，局限性和潜在的扩展的方法。
2002-09-10 physics.comp-ph
Density Estimation Techniques for Multiscale Coupling of Kinetic Models of the Plasma Material Interface
在这项工作中，我们分析了两类密度估计技术，可用于始终耦合不同的动力学模型的等离子体材料界面，打算作为区域的等离子体立即与第一表面层的材料壁。特别是，我们处理的一般问题的接口连续多物种Vlasov-Poisson-BGK等离子体模型离散表面侵蚀模型。连续介质模型求解撞击表面的粒子的能量角分布，然后驱动表面响应。经典的二元碰撞近似（BCA）方法的修改在这里被用作一个原型的表面离散模型，提供边界条件和杂质分布代表的材料行为在等离子体辐照。数值试验表明，核密度估计方法的收敛性能优于高斯混合模型，Epanechnikov-KDEs比高斯-KDEs快两个数量级。这里提出的方法允许在磁聚变装置中的等离子体-材料界面的自洽处理，包括在磁化条件下的近表面等离子体（等离子体鞘和预鞘），和表面效应，如溅射、背散射和离子注入。同样的耦合技术也可以用于其他离散材料模型，如分子动力学。
2018-04-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A unified gas-kinetic wave-particle method for multiscale binary-species gas mixtures
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；HKUST Shenzhen Research Institute（香港科技大学深圳研究院）
本文提出了一种统一的气体-动能波-粒子方法，用于模拟多尺度二元气体混合物，通过直接建模离散空间，自动将气体分布函数分解为分析流体波和离散粒子，分别描述其近平衡和非平衡部分，该方法在模拟各种多尺度物理现象如高超声流、等离子体输运和辐射输运中具有显著优势。
2026-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Adaptive and hybrid reduced order models to mitigate Kolmogorov barrier in a multiscale kinetic transport equation
本文提出面向目标的自适应时间划分分段线性 ROM，并结合 autoencoder 构建混合 ROM，以高效准确预测多尺度动力学输运方程在未知参数下的全阶解并缓解 Kolmogorov 障碍。
2025-05-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Modified steady discrete unified gas kinetic scheme for multiscale radiative heat transfer
本文提出了一种求解稳态辐射转移方程的稳态离散统一气体动力学格式（SDUGKS），它是对原SDUGKS [X. F. Zhou等人，J. Comput. 423，109767（2020）]。与非定常DUGKS方法一样，该方法在重构细胞界面能流时采用梯形规则，而不是原来的矩形规则。通过这种方式，修改的SDUGKS的特征线长度与DUGKS中的Courant-Friedrichs-Lewy（CFL）数建立了关系，这保证了修改的SDUGKS的准确性。此外，特征线长度不再像原始SDUGKS那样受消光系数的限制。结果表明，改进后的SDUGKS比原SDUGKS更精确、更鲁棒，对稳态辐射问题的求解也比DUGKS更有效。此外，光滑线性插值和van Leer限制器分别用于光滑和不连续的光学厚度的问题。数值试验表明，该方法是有效的。数值结果表明，改进的SDUGKS可以作为研究参与介质中多尺度稳态辐射换热的有效工具。
2022-11-19 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Multiscale molecular kinetics by coupling Markov state models and reaction-diffusion dynamics
一种新的方法来模拟简单的蛋白质配体系统在大的时间和长度尺度是耦合马尔可夫状态模型（MSM）的分子动力学与基于粒子的反应扩散（RD）模拟，MSM/RD。目前，MSM/RD缺乏一个数学框架来推导耦合方案;仅限于单一构象状态下的各向同性配体，并且缺乏多粒子扩展。在这项工作中，我们解决了这些需求，通过开发一个通用的MSM/RD框架粗粒化分子动力学到混合开关扩散过程。如果有足够的数据来参数化模型，它能够在大的时间和长度尺度上模拟蛋白质-蛋白质相互作用，并且可以扩展到处理多个分子。我们推导出MSM/RD框架，我们实现并验证了两个蛋白质-蛋白质基准系统和一个多粒子实现模型的五聚环分子的形成。为了实现可重复性，我们在MSM/RD软件包中发布了我们的代码。
2021-12-09 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
An Implicit Unified Gas-kinetic Scheme for Unsteady Flow in All Knudsen Regimes
统一气体动力学格式（UGKS）是一种直接模拟多尺度输运的方法。该方案的模拟尺度是网格尺寸和时间步长，网格尺寸与颗粒平均自由程的比值或时间步长与颗粒碰撞时间的比值决定了流动物理的局部演化状态。对于非定常流计算，由于CFL条件，显式UGKS中的时间步长受到计算域中最小单元尺寸的限制。因此，对于一个很大程度上拉伸的非均匀网格，全局时间步长变得非常小，时间步长与局部粒子碰撞时间的比值可能会得到一个非常小的值。在这种情况下，显式UGKS中的物理可能仅受动力学尺度物理的约束。多尺度UGKS减少到一个单一的尺度离散速度方法，自由输运用于通量评估。为了保持UGKS的优点，提高非定常流计算的效率，必须消除全局CFL条件对时间步长的限制。在本文中，我们发展了一个隐式的UGKS（IUGKS）的非定常流动交替求解宏观和微观的控制方程在一个步骤迭代。为了保持相干流的演化和多尺度性质，数值通量仍然采用带有局部CFL条件的显式UGKS计算。因此，UGKS建模的多尺度属性被保留在非均匀网格上。文中还包括了许多数值算例来验证该格式对连续流和稀薄流的有效性。对于非定常流动计算，IUGKS给出了相当好的结果，具有二阶精度，与显式UGKS相比，效率提高了十几倍。
2018-01-06 physics.comp-ph
A Multiscale Kinetic-Fluid Solver with Dynamic Localization of Kinetic Effects
Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心图卢兹数学研究所）；Institut de Mathématiques de Toulouse UMR 5219（法国原子能和替代能源委员会萨克雷中心）；Commissariat à l’Energie Atomique CEA-Saclay DM2S-SFME（波尔多大学数学研究所）；Université de Bordeaux；Institut de Mathématiques
本文基于前期工作构建了一种鲁棒的多尺度动理学-流体求解器，通过微-宏分解和时空依赖的过渡函数，动态定位并修正流体模型中的非平衡区域，并提出了基于分布函数的新判据来定义流体模型的失效条件。
2009-08-03 cs.NA math-ph math.MP
A unified gas-kinetic framework from Boltzmann to Navier-Stokes scales
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Shanghai Suochen Information Technology Co., Ltd（上海速晨信息技术有限公司）
本文提出了一种统一气体动力学框架，通过可调观测尺度连接微观动力学与连续力学，恢复玻色-爱因斯坦和纳维-斯托克斯方程，为多尺度气体流动建模提供新方法。
2025-09-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluid-kinetic multiscale solver for wall-bounded turbulence
Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出一种两级耦合方法，结合动能DSMC与高阶格子玻尔兹曼方案，用于模拟Re达千级的壁界流。通过验证平面泊肃叶流和Couette流，首次展示HOLB与DSMC结合可观察湍流临界Re时的相干结构再生循环。
2026-03-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Unified Gas-kinetic Particle Method for Multiscale Photon Transport
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）
本文提出了一种统一气动粒子方法用于多尺度光子传输的模拟，通过粒子传输和碰撞的耦合动态过程恢复时间演化通量函数，从而在单次计算中捕捉不同传输物理，适用于从稀疏到密集的光学传输 regime。
2018-10-14 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Unified Gas-Kinetic Wave-Particle Method for Multiscale Simulation of Vlasov-Poisson-Fokker-Planck System
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）
本文提出含Fokker-Planck碰撞项的统一气体动理学波粒方法UGKWP-FP，用于Vlasov-Poisson-Fokker-Planck系统多尺度模拟，通过算子分解实现自适应波粒表示，经数值实验验证可准确模拟相关等离子体现象。
2026-09-01 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A Unified Gas-kinetic Scheme for Micro Flow Simulation Based on Linearized Kinetic Equation
根据努森数的不同，微流体的流动状态可以从无碰撞状态过渡到流体动力状态。在动力学尺度上，微流体的动力学行为可用线性化的动力学方程描述。在连续区域，流体动力学方程，如线性化的纳维-斯托克斯方程和欧拉方程可以通过Chapman-Enskog渐近分析从线性化的动力学方程导出。本文基于线性化的动力学方程，提出了一种适用于微流场模拟的统一气体动力学格式（UGKS），它是一种适用于整个微流场的多尺度格式。UGKS的重要方法如下。首先，将微观分布函数的演化与宏观流量的演化耦合起来。其次，基于动力学方程的积分解构造了UGKS的数值通量，提供了一个真正的多尺度、多维的数值通量。UGKS恢复的线性动力学解决方案在稀薄的制度，并收敛到线性流体动力学解决方案在连续的制度。UGKS的一个突出特点是即使当网格尺寸远大于动力学长度尺度时也能捕获精确的粘性解，例如捕获网格尺寸为颗粒平均自由程10倍的粘性边界层，这种多尺度性质被称为统一保持（UP），在\cite{guo2019unified}中已经研究过。本文还对UGKS的UP性质给出了数学证明。
2020-05-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Unified gas-kinetic wave-particle methods VII: diatomic gas with rotational and vibrational nonequilibrium
临近空间飞行器的高超声速绕流涉及到多尺度非平衡物理，局部Knudsen数从前缘高度可压缩流到后缘粒子自由输运变化很大。为了在一次计算中准确地捕获从连续Navier-Stokes解到稀薄气体动力学的所有流态的解，需要真正的多尺度方法。统一气体动力学波粒（UGKWP）方法的目标是模拟这样的多风输送。在统一气体动力学格式（UGKS）框架下，通过波粒分解，将Navier-Stokes波动力学和动力学粒子输运统一起来。本文基于多温度弛豫模型，发展了考虑平移、旋转和振动模态非平衡的UGKWP方法。在不同的流动状态下的高速流动的真实气体效应已被适当地捕获。通过Sod管、正激波结构、二维圆柱绕流、三维球体绕流和空间飞行器绕流的数值试验，验证了UGKWP方法的有效性。与基于离散速度法（DVM）的Boltzmann求解器和基于粒子的直接模拟Monte Carlo（DSMC）方法相比，UGKWP方法在计算效率、内存减少和多尺度解的自动恢复等方面具有显著的优势.
2022-11-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A well-balanced gas kinetic scheme for Navier-Stokes equations with gravitational potential
流体静力学平衡态是流体静力学压力和外力之间精确流体静力学平衡的结果。标准的有限体积或有限差分格式由于截断误差的不平衡而不能精确地保持这种平衡。在本研究中，我们引入了一个在等温流体静力平衡态下成为常数的辅助变量，并提出了一个具有整体重构的纳维-斯托克斯方程的平衡气体动力学格式。通过引入辅助变量对对流项和力项进行重新表述，使得在静水平衡态下，数值通量和数值源项均为零，而不是静水压力和外力之间的平衡。通过数值算例验证了新格式的精度和稳定性，结果表明，新格式能保持流体静力学精确解。可以精确地计算流体静力平衡上的小扰动。通过小扰动的传播和Rayleigh-Taylor不稳定性说明了粘性效应。更重要的是，新格式能够模拟从高度非平衡的初始条件向静水平衡态收敛的过程。最终达到零速恒温状态，达到机器精度。数值实验表明，该格式非常适合于在引力势作用下的小扰动和长时间运行。
2019-03-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rigorously justified local time stepping in the unified gas-kinetic wave-particle method for steady multiscale flow simulation
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；HKUST Shenzhen Research Institute（香港科技大学深圳研究院）
研究将局部时间步长（LTS）纳入UGKWP方法用于稳态多尺度流动模拟，通过严格分析得出固定Δti可保证通量平衡，结合相关缩放形成无自由参数的保守框架，该方法在圆柱和平板基准测试中验证有效，显著加速收敛并减少计算时间。
2026-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Adaptive unified gas-kinetic scheme for diatomic gases with rotational and vibrational nonequilibrium
本文提出具有转动与振动非平衡的自适应统一气体动理学格式（AUGKS），通过离散与连续分布函数动态耦合及非结构化速度空间，在保持多尺度模拟精度的同时提升计算效率并降低内存需求。
2023-12-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wave-Particle Based Multiscale Modeling and Simulation of Non-equilibrium Turbulent Flows
本文提出一种基于波粒分解的多尺度方法，通过耦合动能、热能与湍流能量演化及粒子非平衡输运，统一模拟层流与湍流，可直接获取雷诺应力，优于传统RANS和LES方法。
2025-03-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermochemically Constrained Multiscale Laplace Neural Operator to Learn Stiff Chemical Kinetics with Conditional Diffusion Model Sampling
Central South University（中南大学）
本研究提出热化学约束多尺度拉普拉斯神经算子（TC-MLNO）结合条件扩散模型采样的方法，用于解决反应流模拟中刚性化学动力学的计算瓶颈，在多类火焰场景中实现了高精度、高效率的化学常微分方程积分。
2026-10-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Can we find steady-state solutions to multiscale rarefied gas flows within dozens of iterations?
快速求解玻尔兹曼方程的定态解是稀薄气体动力学研究的核心问题之一。当Knudsen数很大时，即系统是高度稀疏的，传统的迭代方案可以导致收敛在几个迭代。然而，当Knudsen数很小时，即流动落在近连续区，需要数十万次迭代，但“收敛”的解决方案很容易被污染的累积误差和大的数值耗散。近年来，基于气体动力学模型的隐式统一气体动力学格式（UGKS）及其变体在近连续流区的迭代次数显著减少，但仍远高于高稀薄气体流的迭代次数。本文提出了一种求解一般稀薄气体流动稳态解的通用综合迭代格式（GSIS）。由于GSIS不依赖于特定的动力学模型/碰撞算子，它可以自然地扩展到快速找到收敛的解决方案的混合物流，甚至流涉及化学反应。这两个优越的优点也有望通过直接模拟蒙特卡罗方法及其低方差版本来加速近连续流模拟中的缓慢收敛。
2019-06-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The study of coherent Rayleigh-Brillouin scattering in multiple flow regimes using unified gas-kinetic scheme
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；HKUST Shenzhen Research Institute（港科大深圳研究院）
本文利用统一气体动力学方案研究多流态中CRBS现象，通过验证模型与实验一致，分析了入射信号强度对光谱的影响及物理机制。
2025-12-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multiscale thermodynamic nonequilibrium effects in Kelvin-Helmholtz instability and their relative importance
本研究利用高阶离散玻尔兹曼模型系统研究Kelvin-Helmholtz不稳定性中的多尺度热力学非平衡效应，识别其主导机制并建立判据，构建非平衡相图指导模型选择。
2025-03-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An implicit unified gas-kinetic wave-particle method for radiative transport process
本文提出隐式统一气体动理学波粒方法（IUGKWP），通过将光子输运分为长短λ过程并分别用隐式蒙特卡罗和隐式矩方程处理，消除了CFL时间步长约束，在光学厚区域显著提升计算效率，并验证了其在多尺度辐射输运及惯性约束聚变应用中的能力。
2023-09-21 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A phase inversion benchmark for multiscale multiphase flows
提出了一系列基于两种不互溶液体之间“相转化”的物理情况的基准。这些基准的目的是朝着直接数值模拟的两相流。在法国实验室开发的几个CFD代码，使用流体体积或水平集界面跟踪方法，用于提供基准的物理解决方案，收敛性研究和代码比较。两个典型的配置被保留，积分尺度雷诺数分别为13.700和433.000。问题的物理学是通过宏观量如势能和动能或拟能来探讨的。此外，推导出的时间衰减的动能的标度律检查的物理相关性的模拟。最后对液滴尺寸分布进行了探讨。还报告了额外的测试问题，以估计界面附近的粘性效应的影响。
2021-10-17 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinetic representation of the unified gas-kinetic wave-particle method and beyond
本研究重新考察统一气体动理学波粒（UGKWP）方法中模拟粒子和波分子的时间演化，推导相应动理学方程，该方程可作为开发全流态动理学方法的基础。
2024-08-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A three-dimensional unified gas-kinetic wave-particle solver for flow computation in all regimes
本文在三维非结构网格上建立了统一气体动力学波粒方法（UGKWP），并进行了多尺度流动模拟的并行计算。UGKWP方法遵循统一气体动力学格式（UGKS）的直接模拟方法，统一模拟不同区域的流动动力学，不需要动力学尺度单元的分辨率，直接得到局部单元的Knudsen数相关的数值解。UGKWP方法由确定性波和随机粒子的演化组成。通过动态波粒分解，UGKWP方法能够在统一的框架下捕捉连续波的相互作用和稀薄粒子的输运，并在不同的流态下实现高效率。通过不同马赫数和努森数的三维激波管问题、盖驱动空腔流动、高速绕流立方体物体和高超声速绕流飞行器等三维算例验证了UGKWP流场求解器的有效性。在天河二号超级计算机上进行了并行性能测试，并在千核处理下观察到了合理的并行性能。由于UGKWP方法采用了波粒方程，因此在求解连续流和稀薄流共存的三维多尺度输运问题，特别是在临近空间飞行的航天器周围高速稀薄流和连续流的问题上具有很大的潜力。
2020-07-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
