基于AUSM分裂的二维通量分裂格式

基于对流迎风分裂思想构造的AUSM类格式具有简单、高效、分辨率高等优点,在计算流体力学中得到了广泛的应用.传统的AUSM类格式在计算界面数值通量时只考虑网格界面法向的波系,忽略了网格界面横向波系的影响.使用Liou-Steffen通量分裂方法将二维Euler方程的通量分裂成对流通量和压力通量,采用AUSM格式来分别计算对流数值通量和压力数值通量.通过求解考虑了横向波系影响的角点数值通量来构造一种真正二维的AUSM通量分裂格式.在计算一维算例时,该格式保留了精确捕捉激波和接触间断的优点.在计算二维算例时,该格式不仅具有更高的分辨率而且表现出更好的鲁棒性,可以消除强激波波后的不稳定现象.此外,在多维问题的数值模拟中,该格式大大地提高了稳定性CFL数,具有更高的计算效率.因此,它是一种精确、高效并且强鲁棒性的数值方法.     

一种治愈强激波数值不稳定性的混合方法

HLLC（Harten-Lax-Leer-contact）格式是一种高分辨率格式,能够准确捕捉激波、接触间断和稀疏波.但是使用HLLC格式计算多维问题时,在强激波附近会出现激波不稳定现象.FORCE（first-order centred）格式在强激波附近表现出很好的稳定性,并且其数值耗散比HLL（Harten-Lax-Leer）格式小.分析了HLLC格式和FORCE格式在特定流动条件下的稳定性,构造了HLLC-FORCE混合格式并且进一步结合开关函数来消除HLLC格式的激波不稳定现象.数值试验表明新构造的混合格式不仅能够消除HLLC格式的激波不稳定现象,还最大程度地保留HLLC格式高分辨率的优点.     

求解二维浅水波方程的旋转混合格式北大核心CSCD

针对二维浅水波方程数值求解问题,构造了一种旋转通量混合格式.空间方向上,该算法利用浅水波方程通量函数的旋转不变性,在单元界面法线方向及单元界面切线方向上采用可消除红斑现象的HLL与满足热力学第二定律的熵稳定加权混合数值通量函数,时间方向上采用三阶强稳定Runge-Kutta法.数值结果表明,该混合格式对于二维浅水波方程数值求解具有分辨率高的良好特性.     

一种基于TV分裂的真正多维Riemann解法器

给出了一种真正多维的HLL Riemann解法器.采用TV(Toro-Vázquez)分裂将通量分裂成对流通量和压力通量,其中对流通量的计算采用类似于AUSM格式的迎风方法,压力通量的计算采用波速基于压力系统特征值的HLL格式,并将HLL格式耗散项中的密度差用压力差代替,来克服传统的HLL格式不能分辨接触间断的缺点.为了实现数值格式真正多维的特性,分别计算网格界面中点和角点上的数值通量,并且采用Simpson公式加权中点和角点上的数值通量来得到网格界面上的数值通量.采用基于SDWLS(solution dependent weighted least squares)梯度的线性重构来获得空间的二阶精度,时间离散采用二阶Runge-Kutta格式.数值实验表明,相比于传统的一维HLL格式,该文的真正多维HLL格式具有能够分辨接触间断,消除慢行激波波后振荡以及更大的时间步长等优点.并且,与其他能够分辨接触间断的格式（例如HLLC格式）不同的是,真正多维的HLL格式在计算二维问题时不会出现数值激波不稳定现象.     

不可压缩黏性流体的二维Navier-Stokes方程的间断有限元模拟

由于不可压缩Navier-Stokes方程由守恒律、扩散及约束发展方程混合构成,为测试数值方法,该文基于非结构网格,对该方程建立了DG(discontinuous Galerkin)格式,讨论了不同黏性系数ν在方腔涡流问题的数值结果,验证了该方法的有效性且不依赖于问题的维数.圆柱绕流问题的模拟结果进一步表明此方法精度高、可有效求解具有运动界面的不可压缩黏性流体问题,使得模拟边界层、剪切层及复杂涡流解十分有效,并可以成功地推广到解决复杂现象数值模拟中的激波结构.     

带源项浅水波方程的高分辨率熵稳定格式

提出了一种求解带源项浅水波方程的熵稳定格式.新格式利用通量限制函数将一阶熵稳定格式和高阶熵守恒格式结合,具有熵守恒格式和熵稳定格式的优点:在解的光滑区域具有高精度,在解的间断区域避免了非物理现象的产生,同时可以准确地捕捉激波,从而达到高分辨率的效果.利用新格式计算了一维和二维的经典算例,数值结果表明,新格式是模拟带源项浅水波方程的理想方法.     

求解浅水波方程的熵相容格式

提出了一种求解浅水波方程组的熵相容格式．在熵稳定通量中添加特征速度差分绝对值的项来抵消解在跨过激波时所产生的熵增,从而实现熵相容．新的数值差分格式具有形式简单、计算效率高、无需添加任何的人工数值粘性的特点．数值算例充分说明了其显著的优点．利用新格式成功地模拟了不同类型溃坝问题的激波、稀疏波传播及溃坝两侧旋涡的形成,是求解浅水波方程组较为理想的方法.     

一种健壮的低耗散通量分裂格式

随着计算流体力学的快速发展,设计精确、高效并且健壮的数值格式变得尤为重要.通过对3种流行的通量分裂方法(AUSM、Zha-Bilgen和Toro-Vázquez)的对流通量和压力通量进行特征分析,构造了一种简单、低耗散并且健壮的通量分裂格式(命名为R-ZB格式).采用Zha-Bilgen分裂方法将Euler方程的通量分裂成对流通量和压力通量,其中对流通量采用迎风方法来计算,压力通量采用低耗散的HLL格式来计算,从而克服了原始的HLL格式不能精确分辨接触间断的缺点.数值实验表明,该文给出的R-ZB格式不仅保留了原始Zha-Bilgen格式简单高效、能够精确分辨接触间断等优点,而且具有更好的健壮性,在计算二维问题时不会出现数值激波不稳定现象.     

关于高阶精度WCNS格式的无粘通量分裂方法（英文）

高阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)越来越广泛地应用于复杂流动数值模拟.WCNS可以与多种无粘通量分裂方法结合起来使用.但是,常见的通量分裂方法都是基于低阶格式发展起来的,目前还不清楚哪些通量分裂方法最适合WCNS,也不知道这些方法与高阶格式结合时将会产生什么效果.表面热流计算是高超声速流动数值模拟的难点之一,为了在热流计算时选择合适的通量,研究了多种通量分裂方法的耗散大小.每种通量都可以表示成中心部分与耗散部分之和.这些通量的中心部分相同且非常简单,但是耗散部分较为复杂,且不同的通量分裂方法可导致不同的耗散表达式.通过对通量耗散进行分析可以发现耗散大小与网格界面两侧的物理量跳跃近似线性正相关.数值计算表明高阶格式得到的网格界面左右两侧的物理量跳跃通常远比低阶格式小,因而带来的通量耗散小.通过3个典型算例考察了通量耗散对热流计算的影响,其中包括高超激波/边界层干扰算例.基于对van Leer通量、Steger-Warming通量、KFVS通量、Roe通量、AUSM类通量和HLL类通量的考察,给出了通量选择建议.     

关于高阶精度WCNS格式的无粘通量分裂方法

高阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)越来越广泛地应用于复杂流动数值模拟.WCNS可以与多种无粘通量分裂方法结合起来使用.但是,常见的通量分裂方法都是基于低阶格式发展起来的,目前还不清楚哪些通量分裂方法最适合WCNS,也不知道这些方法与高阶格式结合时将会产生什么效果.表面热流计算是高超声速流动数值模拟的难点之一,为了在热流计算时选择合适的通量,研究了多种通量分裂方法的耗散大小.每种通量都可以表示成中心部分与耗散部分之和.这些通量的中心部分相同且非常简单,但是耗散部分较为复杂,且不同的通量分裂方法可导致不同的耗散表达式.通过对通量耗散进行分析可以发现耗散大小与网格界面两侧的物理量跳跃近似线性正相关.数值计算表明高阶格式得到的网格界面左右两侧的物理量跳跃通常远比低阶格式小,因而带来的通量耗散小.通过3个典型算例考察了通量耗散对热流计算的影响,其中包括高超激波/边界层干扰算例.基于对van Leer通量、Steger-Warming通量、KFVS通量、Roe通量、AUSM类通量和HLL类通量的考察,给出了通量选择建议.     

关于磁流体力学激波稳定性理论的几个问题

本文讨论一类特殊的MHD激波的稳定性问题(或进化性问题),即此激波与二维斜入射小扰动波的相互作用问题。相当于推广气动力学激波的结果,过去的稳定性理论,即一维小扰动波与MHD激波相互作用的结果是,只有快激波与慢激波是稳定的,中间激波不稳定。本文的结果是:当小扰动波为Alfvén波时,得到与激波前后参数有关的新的稳定条件。当小扰动波为熵波与快、慢磁声波时,则稳定条件还与小扰动波的频率有关。并且作为一种极限情形,取垂直入射(反射、折射)时,快激波与慢激波都不稳定。本文计算还表明,一文的结论不能应用于激波稳定性理论。     

一维活塞问题激波解的整体存在性

本文用改进的Glimm格式的方法,研究一维活塞问题当活塞的运动速度是一个常数的扰动时含有激波的弱解的存在性.对波的相互作用以及扰动波在主激波和活塞上的反射作出了精确的估计,在对主激波的强度不加限制的情况下证明了激波解的整体存在性.     

一维活塞问题激波解的整体存在性

本文用改进的Glimm格式的方法,研究一维活塞问题当活塞的运动速度是一个常数的扰动时含有激波的弱解的存在性.对波的相互作用以及扰动波在主激波和活塞上的反射作出了精确的估计,在对主激波的强度不加限制的情况下证明了激波解的整体存在性.     

偏斜来流对圆柱跨声速绕流的影响

采用大涡模拟方法数值研究了偏斜角为60°的偏斜圆柱跨声速绕流.基于非偏斜圆柱跨声速绕流的实验和数值研究工作,来流Mach数取为0.75,Reynolds数取为2×105.通过与相同参数的非偏斜圆柱跨声速绕流对比,分析了偏斜来流对柱体受力和流动特性的影响.由于偏斜来流的流动控制,偏斜圆柱的阻力比非偏斜圆柱的阻力减小高达45%,而振荡力仅受到较小的抑制.偏斜圆柱流场的可压缩性被弱化,激波和小激波消失,而整体流动的模态未改变.偏斜来流使得偏斜圆柱后的剪切层变得更为稳定,进而提升柱体背压.在剪切层的初始发展阶段,剪切层的扰动涡斜脱泻模态和快速动能衰减是偏斜圆柱剪切层更为稳定的两个主要原因.     

激波在异种气体中传播及诱导的剪切混合研究

利用二阶迎风TVD格式求解多组分,层流全N－S方程,针对直通道和突扩直通道,研究了马赫数为2和4的激波在H2和空气界面上的传播及诱导的燃料剪切混合,计算结果表明：（1）直通道中,剪切层中的激波阵面要发生畸变,存在对混合起主要作用的卷吸涡,激波马赫数不同,卷吸涡结构和横向混合的尺寸也不同,激波马赫数低,剪切混合效果好,（2）在突扩直通道中,马赫数为2和4的激波在H2中产生不同强度激波,在剪切层中都能产生顺时针,尺度较大的卷吸涡,后台阶增强了剪切层的混合。     

基于映射函数的三阶WENO改进格式及其应用

低耗散、高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义.在传统三阶WENO格式（WENO-JS3）和三阶WENO Z格式（WENO-Z3）基础上,基于映射函数,给出WENO-M3、WENO MZ3格式.选用Sod激波管、激波与熵波相互作用、双爆轰波碰撞及双Mach(马赫)反射等经典算例,考察上述格式的计算性能.数值结果表明,WENO-MZ3格式相较其他格式具有耗散低、对流场结构分辨率高的特性.为了进一步扩展WENO-MZ3格式的应用范围,采用该格式数值研究封闭方形舱室内柱形高压、高密度气体爆炸波传播过程,波系演化规律以及壁面典型测点压力载荷.数值计算结果表明WENO-MZ3格式能够较好地模拟包含高压比、高密度比的爆炸波且给出数值耗散较小的壁面压力载荷.     

一种抑制激波计算中数值振荡现象的双重小波收缩方法

在激波数值计算中,容易出现数值振荡的问题,振荡激烈时会掩盖真实解,为此提出了许多高精度复杂计算格式或采用人工粘性抑制数值振荡.从信号处理的角度,提出双重小波收缩方法,它能自适应提取激波数值振荡解中的真实物理解.先用局部微分求积法求解浅水波方程和理想流体Euler运动方程中的激波问题,发现其数值振荡现象严重,然后采用双重小波收缩方法对其处理,获得了无数值振荡解,它能准确捕捉激波的位置并且保持激波结构.相比于复杂的Riemann(黎曼)求解格式,借助小波收缩方法,可以采用相对简单的计算格式如微分求积法求解激波问题.     

激波管中动态相变的数值研究

用松弛模型研究了范德瓦流体中的激波管问题．当松弛参数趋于0时模型存在一个确定的黎曼解．在数值方面推导了松弛格式（relaxing）和完全松弛格式（relaxed）．在一维问题中,对于不同的剖面,数值模拟显示结果趋向于黎曼解,在理论上和数值上研究了参数的影响．对于特定的初始激波剖面,观察到了非经典的反射波．在二维问题中,研究了曲面波前的数值演化,得到一些有趣的波斑图．     

双曲型守恒律方程的熵稳定格式的一些讨论

本文讨论双曲型守恒律方程的熵稳定格式.对于给定的熵对,格式所满足的熵条件中的数值熵通量是不唯一的.Tadmor的充分条件可以唯一地确定标量方程的熵守恒通量,但不能唯一确定方程组的熵守恒通量,却可以给出方程组的空间一阶精度的熵守恒格式.也讨论了在熵守恒通量上添加数值粘性得到的显式熵稳定格式需要满足的条件及常见的时间离散对熵守恒和熵稳定的影响.     

脉冲波作用下的高超音速非定常流动模拟及影响研究

采用高阶精度有限差分方法模拟了快声波脉冲扰动作用下的高超音速非定常流场,分析了脉冲波与高超音速流场的相互干扰,并应用Fourier频谱分析研究扰动波在边界层的发展．结果表明:来流脉冲扰动波与激波及边界层强烈相互作用,弓形激波明显向内弯曲,激波后扰动波被显著放大;来流扰动波与弓形激波干扰形成的边界层外的扰动波和近壁面内形成的边界层扰动波存在明显分界．钝锥头部参数扰动幅值要远大于其他位置参数扰动幅值．在边界层内的发展阶段,一些扰动模态持续增长,一些扰动模态被过滤掉,不再增长,甚至衰减,而也有一些扰动模态先衰减再增长．总的来说,在钝锥头部低频扰动模态为主导模态,随着扰动从流场上游向下游发展,总扰动模态中的低频模态成份和高频模态成份所占的比例开始转变,高频模态成分显著地增大．