反应流体的移动网格动理学格式

在移动网格上构造一种反应流的动理学格式.首先利用BGK模型推导含化学反应的流体力学方程组,并利用其积分形式构造移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度,最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.一维与二维的数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.     

基于非结构四边形网格的WENO格式

基于非结构四边形网格发展求解双曲守恒律的三阶加权基本无振荡（WENO）格式.针对任意非结构四边形网格选取重构模板，并给出基于线性多项式的三阶线性重构.但对于一般的非结构四边形网格，会出现非常大的线性权和负权，使得非线性重构的WENO格式对光滑问题也不稳定.本文给出一个处理非常大的线性权的优化重构方法，对优化后得到的负线性权采用分裂方法进行处理.对于非线性权，提出一种考虑局部网格和物理量间断的新光滑度量因子.采用优化重构方法和新的非线性权，当前的三阶WENO格式在质量很差的网格上也具有很好的稳定性.理论的三阶精度在数值精度测试算例中得到验证，同时一范数和无穷范数的误差绝对值不依赖于网格质量；具有强间断的数值结果证明了当前格式的有效性.     

求解可压缩流的高精度非结构网格WENO有限体积法

提出-种基于最小二乘重构和WENO限制器的非结构网格高精度有限体积方法.用中心网格的某些邻居网格建立重构多项式,给出-定的原则搜索和存储足够多的邻居网格以建立重构多项式,采用最小二乘法求解重构多项式的系数.用-种通用的方法控制重构邻居个数,以减少存储和计算,采用WENO限制器和旋转Riemann求解器以达到统-的高精度并且抑制守恒律方程求解中的非物理振荡.为检验上述算法,以基于节点的梯度重构,Bath and Jesperson限制器的二阶算法为基准,给出三阶和四阶格式与二阶格式以及高阶格式若干经典算例计算结果的对比和分析.     

振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟

利用流体力学方程的积分形式给出非结构移动网格上离散格式,利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度.对振动Naca0012翼型问题,分三种类型确定网格速度,再结合Riemann问题的解法器构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高效、高分辨率的特点.     

气相爆轰高阶中心差分-WENO组合格式自适应网格方法

研究一种高阶中心差分-WENO组合格式,并采用自适应网格方法进行二维和三维气相爆轰波的数值模拟.采用ZND爆轰模型的控制方程为包含化学反应源项的Euler方程组.组合格式在大梯度区采用WENO格式捕捉间断,在光滑区采用高阶中心差分格式提高计算效率.采用一种基于流场结构特征的自适应网格.计算结果,表明这种方法同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.     

基于WENO重构的熵稳定格式求解浅水方程

针对浅水方程,提出一种数值求解格式:空间方向采用满足熵稳定条件的数值通量,并在单元交界面处进行高阶WENO重构,时间上的推进采用强稳定的Runge-Kutta方法.模拟一维和二维经典问题,结果表明,该格式具有分辨率高、基本无振荡性等特点.     

基于移动网格的熵稳定格式

提出一种基于移动网格的熵稳定格式求解双曲型守恒律方程.该方法利用等分布原理得到新的网格分布,基于守恒型插值公式计算新的网格上的物理量,使用熵稳定数值通量和三阶强稳定Runge-Kutta时间推进方法得到下一时刻的数值解.数值算例表明该格式不仅能有效提高解在间断处的分辨率,而且能消除可能产生的伪振荡.     

基于近似Riemann解的有限体积ALE方法

研究二维平面坐标系和二维轴对称坐标系中四边形网格上可压缩流体力学的有限体积ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法.数值方法采用节点中心有限体积法,数值通量采用适用于任意状态方程的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Collela)通量.空间二阶精度通过用WENO(weighted essentially non-oscillatory)方法对原始变量进行重构获得,时间离散采用两步显式Runge-Kutta格式.数值例子显示,方法具有良好的激波分辨能力和高精度的数值逼近能力.     

双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式

给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不用求解Riemann问题,避免进行特征分解.用该格式对一维和二维Euler方程进行数值试验,结果表明该格式是高精度、高分辨率的.     

基于高阶守恒重映对窗口嵌入技术的改进

采用高阶守恒重映方法提高窗口嵌入技术中非点对点搭接网格界面的流场信息传递精度和分辨率,研究不同精度和模板选择方式下的重构对重映精度的影响.界面守恒变量的数据重构使用常数分布、线性分布和二次多项式分布.结果表明,基于WENO的线性重构在精度和计算量方面获得了较好的平衡.将改进的方法应用于机翼贴片修补问题的数值模拟,成功模拟出修补后翼面压力分布出现的明显跳跃.     

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度，应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率，采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量，而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性，证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.     

避免人工干预的流体力学Riemann解法器

为克服体平均多流管格式（MFCAV）实施中存在人工干预的不足,基于移动网格设计适用于若干实际流场计算的HLLCM格式,该格式可以较好地抑制网格非物理变形,可避免人为调整网格.简化模型算例表明,HLLCM格式保持球对称性,计算结果优于MFCAV格式;应用模型算例表明,在复杂流场、实用状态方程、无人为干预措施的情形,与MFCAV格式相比,HLLCM格式可有效模拟的物理过程时间大幅延长,流场网格品质与能量守恒误差均有较大的改善.     

一类自适应运动网格的ALE方法

从积分形式的二维Lagrange流体力学方程组出发,使用ENO高阶插值多项式,推广了四边形结构网格下的一阶有限体积格式,构造一类结构网格下的高精度有限体积格式.结合有效的守恒重映方法,发展一类高精度的ALE方法,并结合自适应运动网格技术,进行ALE方法的数值模拟,得到预期的效果.     

Remapping-free ALE-type kinetic method for flow computations

Based on the integral form of the fluid dynamic equations, a finite volume kinetic scheme with arbitrary control volume and mesh velocity is developed. Different from the earlier unified moving mesh gas-kinetic method [C.Q. Jin, K. Xu, An unified moving grid gas-kinetic method in Eulerian space for viscous flow computation, J. Comput. Phys. 222 (2007) 155–175], the coupling of the fluid equations and geometrical conservation laws has been removed in order to make the scheme applicable for any quadrilateral or unstructured mesh rather than parallelogram in 2D case. Since a purely Lagrangian method is always associated with mesh entangling, in order to avoid computational collapsing in multidimensional flow simulation, the mesh velocity is constructed by considering both fluid velocity (Lagrangian methodology) and diffusive velocity (Regenerating Eulerian mesh function). Therefore, we obtain a generalized Arbitrary-Lagrangian–Eulerian (ALE) method by properly designing a mesh velocity instead of re-generating a new mesh after distortion. As a result, the remapping step to interpolate flow variables from old mesh to new mesh is avoided. The current method provides a general framework, which can be considered as a remapping-free ALE-type method. Since there is great freedom in choosing mesh velocity, in order to improve the accuracy and robustness of the method, the adaptive moving mesh method [H.Z. Tang, T. Tang, Adaptive mesh methods for one-and two-dimensional hyperbolic conservation laws, SIAM J. Numer. Anal. 41 (2003) 487–515] can be also used to construct a mesh velocity to concentrate mesh to regions with high flow gradients.     

A Moving Mesh Method for Kinetic/Hydrodynamic Coupling

This paper deals with the application of a moving mesh method for kinetic/hydrodynamic coupling model in two dimensions. With some criteria, the domain is dynamically decomposed into three parts: kinetic regions where fluids are far from equilibrium, hydrodynamic regions where fluids are near thermodynamical equilibrium and buffer regions which are used as a smooth transition. The Boltzmann-BGK equation is solved in kinetic regions, while Euler equations in hydrodynamic regions and both equations in buffer regions. By a well defined monitor function, our moving mesh method smoothly concentrate the mesh grids to the regions containing rapid variation of the solutions. In each moving mesh step, the solutions are conservatively updated to the new mesh and the cut-off function is rebuilt first to consist with the region decomposition after the mesh motion. In such a framework, the evolution of the hybrid model and the moving mesh procedure can be implemented independently, therefore keep the advantages of both approaches. Numerical examples are presented to demonstrate the efficiency of the method.     

BGK方法在三维非结构网格上的初步应用

将BGK计算方法从二维拓展到三维并且应用于三维非结构网格,具有重要的理论价值和实用价值.采用旋转局部座标的方法,发展了一种针对三维非结构网格的BGK计算方法.在计算过程中,将最小二乘法应用于三维非结构网格的导数计算.对三维激波管和三维欠膨胀垂直冲击射流等两个算例进行了细致分析.这两个算例的计算结果表明,该方法在三维非结构网格上的初步应用是成功的 关键词： 气动BGK方法 三维 非结构网格     

A cell-centered Lagrangian hydrodynamics scheme on general unstructured meshes in arbitrary dimension

We describe a cell-centered Godunov scheme for Lagrangian gas dynamics on general unstructured meshes in arbitrary dimension. The construction of the scheme is based upon the definition of some geometric vectors which are defined on a moving mesh. The finite volume solver is node based and compatible with the mesh displacement. We also discuss boundary conditions. Numerical results on basic 3D tests problems show the efficiency of this approach. We also consider a quasi-incompressible test problem for which our nodal solver gives very good results if compared with other Godunov solvers. We briefly discuss the compatibility with ALE and/or AMR techniques at the end of this work. We detail the coefficients of the isoparametric element in the appendix.     

加权ENO格式的构造及数值模拟

将加权ENO格式推广到非结构三角形网格上,构造了一类加权ENO有限体积格式,提出的插值多项式的构造方式,可以减少计算时间.对于出现的病态方程组,给出了解决方法.此外还给出了插值点的选取方式及加权因子的构造方法.结合三阶TVD Runge Kutta时间离散,对二维欧拉方程组进行了数值试验.     

运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证Level set方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level set方程追踪多流体界面,采用GFM方法处理流体内界面.利用文[1]的计算结果校核本文程序.在此基础上,对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟,得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象,包括压力和密度等值线分布.计算结果表明:针对推广后的多界面Level set方程,该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面.