직접 시뮬레이션 몬테카를로

Direct simulation Monte Carlo

DSMC(Direct Simulation Monte Carlo) 방법은 확률론적 몬테 카를로 시뮬레이션을 사용하여 유한 크누드센 수 유체 흐름에 대한 볼츠만 방정식을 해결한다.

DSMC 방법은 교수에 의해 제안되었다. 시드니 대학교 항공학 명예교수 Graeme Bird.[1][2][3] DSMC는 희소성 기체 흐름을 모델링하는 수치적 방법으로 분자의 평균 자유 경로가 대표적인 물리적 길이 척도(즉, Knudsen 수 Kn이 1보다 큼)와 같은 순서(또는 그 이상)이다. 초음속 및 극초음속 흐름에서 희소반응은 크누드센 번호와 마하 번호(KnM) 또는 2 스타일 }}/Re의 곱에 해당하는 Tsien의 파라미터가 특징이며, 여기서 Re는 레이놀즈 번호다.[4][5] 이러한 희귀한 흐름에서 Navier-Stokes 방정식은 부정확할 수 있다. DSMC 방법은 연속 흐름 모델(Kn < 1)로 확장되었으며, 그 결과를 Navier Stokes 솔루션과 비교할 수 있다.

DSMC 방법은 볼츠만 방정식을 해결하기 위해 확률론적 시뮬레이션에서 많은 수의 실제 분자를 나타내는 시뮬레이션 분자를 사용하여 유체 흐름을 모델링한다. 분자는 불안정한 흐름 특성을 모델링할 수 있도록 물리적 시간과 직접 결합되는 현실적인 방식으로 물리적 공간의 시뮬레이션을 통해 이동한다. 분자간 충돌과 분자-표면 충돌은 확률론적 현상학적 모델을 사용하여 계산한다. 일반적인 분자 모델로는 하드 스피어 모델, 가변 하드 스피어(VHS) 모델, 가변 소프트 스피어(VSS) 모델이 있다. DSMC 방법의 기본적인 가정은 평균 충돌 시간보다 작은 시간에 걸쳐 분자 이동과 충돌 단계를 분리할 수 있다는 것이다. 다양한 충돌 모델이 에 제시되어 있다.[6]

현재 DSMC 방식은 우주왕복선 재진입 공기역학 추정에서부터 마이크로 전자기계시스템(MEMS) 모델링에 이르는 흐름의 해법에 적용되고 있다.

참조

  1. ^ Bird, G. A (1963). "Approach to Translational Equilibrium in a Rigid Sphere Gas". Physics of Fluids. 6 (10): 1518. Bibcode:1963PhFl....6.1518B. doi:10.1063/1.1710976.
  2. ^ G. A. 새, 분자 가스 역학, 클라렌던, 옥스퍼드 (1976년)[page needed]
  3. ^ G. A. 새, 분자 가스 역학 및 가스 흐름의 직접 시뮬레이션, 클레어든, 옥스포드 (1994)[page needed]
  4. ^ Tsien, Hsue-Shen (1946). "Superaerodynamics, Mechanics of Rarefied Gases". Journal of the Aeronautical Sciences. 13 (12): 653–64. doi:10.2514/8.11476.
  5. ^ M. N. Macrossan, '초음속 흐름에 대한 척도변수: 구면 드래그 데이터의 상관관계' 인: M. S. 이바노프와 A. K. 레브로프, 제25회 러시아 과학아카데미 시베리아 분단 희귀 가스 역학 국제 심포지엄, p.759(2007)
  6. ^ Roohi, E.; Stefanov, S. (2016). "Collision partner selection schemes in DSMC: From micro/nano flows to hypersonic flows". Physics Reports. 656 (1): 1–38. Bibcode:2016PhR...656....1R. doi:10.1016/j.physrep.2016.08.002.

외부 링크