随着临近空间战略规划的不断深入,越来越多临近空间飞行器的理论构想不断提出。而临近空间飞行器的气动特性与传统航空器存在较大区别,因此对其性能进行准确高效地模拟与预测对航空航天领域意义重大。通过结合基于动理学模型的随机粒子方法和开源流体力学软件OpenFOAM构建大规模计算平台是一种行之有效的方法。首先,本文通过矩方程理论和一维激波数值模拟,从理论方面阐明了常见的几种动理学模型（BGK、ES-BGK、S-BGK、Fokker-Planck、ES-Fokker-Planck、Cubic-Fokker-Planck）的差异。结果表明,BGK模型对非平衡流动模拟的总体性能优于Fokker-Planck模型,其中S-BGK模型准确度最高,但ES-BGK模型由于满足H定理在模拟高超声速气体动时稳定性更好。考虑到ES-BGK模型的优点,本文选取双原子的ES-BGK模型,构建相应的OpenFOAM求解器。具体而言,从OpenFOAM下已有的dsmc Foam的结构出发,完成了包含转动和振动能的esbgk Foam求解器,实现了双原子气体ES-BGK模型的算法流程,并通过圆柱绕流算例进行了验证和网格独立性分析。最后,利用提出的esbgk Foam求解器对圆柱和尖锥绕流展开了模拟,分析了Kn数、Ma数以及振动能的激发对流场特征和物面参数的影响。结果表明,振动能激发对圆柱绕流流动特征的影响强于尖锥绕流;随着Ma数和Kn数改变,圆柱绕流和尖锥绕流的表面热流系数和摩擦系数的变化趋势相同,热流系数随Ma数和Kn数的增大而增大,摩擦系数随Ma数变化不大,随Kn数的升高而升高;对尖锥绕流而言,随着Kn数的增大,表面热流、摩擦和压力系数的沿流向梯度减小,分布趋于均匀。