Точное моделирование течений разреженного газа имеет решающее значение для многих современных приложений. Когда число Кнудсена Kn=λ/L не является малым параметром, гидродинамические модели сплошной среды не могут предсказать параметры газа, такие как тензор напряжения и теплопотоки, поэтому требуются усовершенствованные модели, учитывающие эффекты разрежения. Это имеет место в микро- и наноустройствах, микроэлектромеханических системах, при входе в атмосферы планет.
Разработка универсального подхода для описания течений при разных режимах, является сложной задачей, а существующие точные методы (например, ПСМ) вычислительно затратны для использования в приложениях, поэтому развитие передовых моделей чрезвычайно важны. В неравновесных условиях уравнения гидродинамики должны быть связаны с уравнениями для дополнительных переменных, и основной задачей является замыкание уравнений гидродинамики, вывод определяющих соотношений для тензора напряжений, теплового потока, диффузионного потока, а также оценка соответствующих коэффициентов переноса. Для замыкания существует несколько методов: обобщенный метод Чепмена-Энскога, метод регуляризованных моментов, расширенная необратимая термодинамика.
Научными группами СПбГУ и RWTH Aachen University (RWTH) активно развивают первые два подхода. В СПбГУ разрабатываются поуровневые, многотемпературные и однотемпературные описания течений метода Энкога-Чепмена. Группа в RWTH разрабатывает новые замыкания и методы редукции моделей для неравновесных потоков газа, в частности, для уравнения Больцмана. Для новых моделей разработаны и реализованы численные методы, основанные на подходах конечных объемов и конечных элементов. В частности, недавно разработанная модель многоатомности, разработанная в RWTH, обеспечивает плодотворное научное совпадение с СПбГУ.
Новаторские подходы, используемые двумя группами, имеют свои преимущества и недостатки. Проект направлен на перекрестную проверку результатов, полученных двумя методами, что может помочь улучшить оба подхода, получить надежные решения для различных течений и дать представление о новой физике течений разреженного газа.