The dissertation addresses the stochastic particle Fokker-Planck (FP) method for rarefied gas flows. Focusing on extending the capability of the FP method for practical engineering applications, various topics are covered in the dissertation. First, the dissertation presents several numerical results for rarefied gas flows using DSMC and FP methods. These results help to better understand the limitations and potential of the FP method for rarefied gas flows. Second, new FP models are devised to describe diatomic gases and gas mixtures. It is demonstrated that the new FP models show reasonable agreement with the DSMC method near equilibrium. Third, a new particle integration scheme is introduced to improve the computational efficiency of the FP method. It is observed that the new integration scheme provides better convergence behavior for cell size and time step than the DSMC method. Finally, the hybrid FP-DSMC approach is studied for efficient simulation of multiscale rarefied gas flows.
희박 기체 유동 해석을 위해 확률론적 입자 포커-플랑크(FP) 방법에 대한 코드 개발 연구와 수치 모델 개발 연구를 수행하였다. FP 방법의 공학적 응용 능력을 확장하는 데 중점을 두면서, 본 논문에서는 여러 소주제를 다루고 있다. 첫째, DSMC 방법과 FP 방법을 적용하여 다양한 케이스에 대한 수치 해석 결과를 제시한다. 이러한 수치 해석 결과들은 현재 FP 방법이 가지고 있는 한계와 앞으로의 가능성을 이해하는 데 큰 도움을 줄 수 있다. 둘째, 이원자 기체 및 기체 혼합물을 모사하기 위한 새로운 FP 모델을 제시한다. 수치 해석을 통해 새로운 FP 모델들이 평형 유동 근처에서 DSMC 해석 결과를 잘 재현하는 것을 확인하였다. 셋째, FP 방법의 계산 효율성을 향상시키기 위해 새로운 시간 적분 기법을 개발하였다. 새로운 수치 기법이 DSMC 방법보다 격자 크기 및 시간 간격에 대해 더 나은 수렴성을 제공하는 것을 확인하였다. 마지막으로, 멀티 스케일 희박 기체 유동 해석을 위해 하이브리드 FP-DSMC 해석 전략을 제시한다.
