双曲守恒律的Taylor-Galerkin有限元方法

利用双曲守恒律的Hamilton-Jacobi方程形式,应用Taylor公式与Galerkin有限元给出了求解双曲守恒律的计算方法。采用TVD差分格式的构造思想,对数值通量作修正,在等距网格情形下有限元方法得到的计算格式满足TVD性质,并给出了数值例子。     

一种具有较小数值耗散的对称TVD格式

为了减小TVD格式的数值粘性,提高TVD格式的分辨度,提出了一种具有较小数值耗散的Harten型TVD格式.数值模拟结果表明,这种Harten型TVD格式比原来的Harten格式^[1]及其改进形式Harten-Yee^[2]的TVD格式能更好地模拟出边界层及涡流.     

汽机末级静叶平衡态湿蒸汽流动数值模拟

本文对存在汽、液平衡态相变的两相流动建立了完全欧拉坐标系统下的数理模型。通过引入考虑真实流体性质的数值算法,并直接从IAPWS水及水蒸汽性质数据库中获取流体工质的性质,使数值计算的精度得到显著提高。采用包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法求解平衡态两相流动控制方程组以及低Reynolds数双方程湍流模型,对某汽轮机末级静叶进行了数值模拟,计算结果表明本文采用的模型及方法在某些条件下可以对叶栅主要性能参数进行准确的预测。     

三维不可压N-S方程的多重网格求解

应用全近似存储(Full Approximation Storage,FAS)多重网格法和人工压缩性方法求解了三维不可压Navi-er-Stokes方程.在解粗网格差分方程时,对Neumann边界条件采用增量形式进行更新,离散方程用对角化形式的近似隐式因子分解格式求解,其中空间无粘项分别用MUSCL格式和对称TVD格式进行离散.对90°弯曲的方截面管道流动和4:1椭球体层流绕流的数值模拟表明,多重网格的计算时间比单重网格节省一半以上,且无限制函数的MUSCL格式比TVD格式对流动结构有更好的分辨能力.     

平面叶栅气膜冷却流动的数值模拟

为了能够准确地对透平叶栅气膜冷却效率进行数值预测,本文采用了FNM形式的结构化网格,对一个平面叶栅中的气膜冷却流场进行了数值模拟。计算中采用了包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法求解三维RANS方程以及低Reynolds数q-ω双方程湍流模型。计算结果表明本文采用的模型及方法在低吹风比的条件下可以较准确地对气膜冷却效率进行数值预测。     

高分辨率有限体积LW格式

一、引言 采用通量差分分裂技术或通量分裂技术设计出的高分辨率格式,推广应用到双曲型气动方程组时,编程要比常规的中心差分格式复杂很多。使用校正通量技术设计的TVD格式,集中了TVD格式分辨率高,中心差分格式编程容易的优点。在中心差分格式的基础上,根据TVD理论添加新的数值耗散项,通过感知流场的变化,耗散项的大小能够自动地得以调整和控制,使基恰好能抑制住流场中出现的振荡。与常规的人工耗散(AD)不同,新的数值耗散具有感受一反馈机制,不含和问题相关的自由参数,为了和人工耗散相区别,不妨称之为智能耗散(ID)。     

具有TVD性质的三阶精度GODUNOV格式在粘性流场计算中的应用

本文发展了一种具有TVD性质的三阶精度的Godunov格式。隐式部分采用迎风对角线形隐式近似因式分解法。并引入了粘性通量的简化算法。显式部分采用三阶精度TVD格式。为进一步增强格式的稳定性及对间断的捕捉能力,在单元边界上构造Riemann问题。应用上述方法对某型涡轮高压级及压气机进行了数值模拟。     

双曲型方程无振荡选取(NOS)有限差分格式

从几何观点解释了双曲型方程差分格式的TVD条件,导出了常用二阶差分格式的无振荡条件,发展了一种具有时空三阶精度的无振荡选取NOS差分格式.从单个双曲型方程的一些典型算例,显示了该格式高精度、无振荡和逻辑简单的特点,并能有效避免通常使用维数分裂法向二维推广时带来的空间耗散不对称性.     

mBBM方程的双扭结孤立波及其动力学稳定性

采用双曲函数展开法得到Modified Benjamin-Bona-Mahony（mBBM）方程的一类扭结-反扭结状的双扭结孤立波解,在不同的极限情况下,此孤立波分别退化为mBBM方程的扭结状和钟状孤立波解.对双扭结型单孤子的结构特征进行分析,构造有限差分格式对其动力学稳定性进行数值研究.有限差分格式为两层隐式格式,在线性化意义下无条件稳定.数值结果表明mBBM方程的双扭结型单孤子在不同类型的扰动下均具有很强的稳定性.对双孤立波的碰撞进行数值模拟,发现既存在弹性碰撞也存在非弹性碰撞.     

双曲型守恒律的一种三阶半离散中心迎风格式

对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge-Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,避免了特征分解过程,保持了中心格式简单的优点.数值算例验证本方法可进一步减小数值耗散,提高分辨率.     

高分辨率激波捕捉格式及其CFD应用

在曲线坐标下将高分辨率AUSMPW激波捕捉格式扩展到三维问题。为了提高计算精度,采用三阶MUSCL格式,将AUSMPW格式与隐械时间推进法LU－SGS方法结合,应用于可压缩无粘和有粘流动的数散模拟,计算结果与文献中计算结果和实验数据相符,并将该格式与CD、TVD、FVS和FD格式进行了比较。     

二维交错网格的GAUSS型格式

利用Gauss型求积公式在交错网格的情况下构造了一类不需解Riemann问题的求解二维双曲守恒律的二阶显式Gauss型差分格式,该格式在CFL条件限制下为MmB格式.并将格式推广到二维方程组,进行了数值试验.     

On large time step TVD scheme for hyperbolic conservation laws and its efficiency evaluation

A large time step (LTS) TVD scheme originally proposed by Harten is modified and further developed in the present paper and applied to Euler equations in multidimensional problems. By firstly revealing the drawbacks of Harten’s original LTS TVD scheme, and reasoning the occurrence of the spurious oscillations, a modified formulation of its characteristic transformation is proposed and a high resolution, strongly robust LTS TVD scheme is formulated. The modified scheme is proven to be capable of taking larger number of time steps than the original one. Following the modified strategy, the LTS TVD schemes for Yee’s upwind TVD scheme and Yee–Roe–Davis’s symmetric TVD scheme are constructed. The family of the LTS schemes is then extended to multidimensional by time splitting procedure, and the associated boundary condition treatment suitable for the LTS scheme is also imposed. The numerical experiments on Sod’s shock tube problem, inviscid flows over NACA0012 airfoil and ONERA M6 wing are performed to validate the developed schemes. Computational efficiencies for the respective schemes under different CFL numbers are also evaluated and compared. The results reveal that the improvement is sizable as compared to the respective single time step schemes, especially for the CFL number ranging from 1.0 to 4.0.     

热声波数值模拟的虚假振荡研究

采用可压缩流动的SIMPLE算法对一维封闭空腔内由边界突然加热所引起的非稳态热声波进行了数值模拟,对流-扩散项采用了中心差分、一阶迎风差分、QUICK、及MIJSCL等不同格式。计算表明各种格式均存在不同程度的虚假振荡现象,其大小与热声波的强度及离散格式的形式等多种因素有关。这些结果对热声波的进一步研究及高效可靠的对流差分格式的开发具有重要意义。     

Volume fraction flux approximation in a two-fluid flow

The broken dam problem flow is tested to check accuracy of different procedures for gas-liquid interface resolution based on solution of the additional equation for the volume fraction of liquid phase. The study is focused on the numerical schemes used to approximate advection fluxes of this equation. In particular, the MUSCL scheme with QUICK interpolants and compressive minmod TVD limiters with the slope modification technique for the volume fraction fluxes is applied, as well as the upwind-downwind donor acceptor procedure designed in the VOF method. As the first stage, the quite simple and explicit procedure adopting the artificial compressibility method is used to solve the velocity and pressure equations. Computations are initially performed with a careful grid and time step independence studies. Importance of the wall boundary condition is also discussed. To present free surface motion, results of numerical investigation are shown in terms of contour plots for the volume fraction at successive times, as well as surge front and column height positions versus time. The work was financially supported by the President of the Russian Federation (NSh No. 454.2008.1), Russian Foundation for Basic Research (Grant No. 06-01-00724), Integration Project of SB RAS (No. 2-16), and National Scientific Council of Taiwan (NSC, R.O.C., contract NSC-92-2212-E006-102).     

双曲型守恒律的一种高精度TVD差分格式

构造了一维双曲型守恒律方程的一个高精度高分辨率的守恒型TVD差分格式.其主要思想是:首先将计算区域划分为互不重叠的小单元,且每个小单元再根据希望的精度阶数分为细小单元;其次,根据流动方向将通量分裂为正、负通量,并通过小单元上的高阶插值逼近得到了细小单元边界上的正、负数值通量,为避免由高阶插值产生的数值振荡,进一步根据流向对其进行TVD校正;再利用高阶Runge KuttaTVD离散方法对时间进行离散,得到了高阶全离散方法.进一步推广到一维方程组情形.最后对一维欧拉方程组计算了几个算例.     

一种高精度的修正Hermite-ENO格式

设计一种基于三单元具有六阶精度的修正Hermite-ENO格式（CHENO）,求解一维双曲守恒律问题.CHENO格式利用有限体积法进行空间离散,在空间层上,使用ENO格式中的Newton差商法自适应选择模板.在重构半节点处的函数值及其一阶导数值时,利用Taylor展开给出修正Hermite插值使其提高到六阶精度,并设计了间断识别法与相应的处理方法以抑制间断处的虚假振荡;在时间层上采用三阶TVD Runge-Kutta法进行函数值及一阶导数值的推进.其主要优点是在达到高阶精度的同时具有紧致性.数值实验表明对一维双曲守恒律问题的求解达到了理论分析结果,是有效可行的.     

Explicit Time Marching Methods for the Time-Dependent Euler Computations

Four explicit type time marching methods, including one proposed by the authors, are examined. The TVD conditions of this method are analyzed with the linear conservation law as the model equation. Performance of these methods when applied to the Euler equations are numerically tested. Seven examples are tested, the main concern is the performance of the methods when discontinuities with different strengths are encountered. When the discontinuity is getting stronger, spurious oscillation shows up for three existing methods, while the method proposed by the authors always gives the results with satisfaction. The effect of the limiter is also investigated. To put these methods in the same basis for the comparison the same spatial discretization is used. Roe's solver is used to evaluate the fluxes at the cell interface; spatially second-order accuracy is achieved by the MUSCL reconstruction.