欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

自适应于流场变化的网格重构方法

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性,数值试验表明,该方法具有很好的适应复杂区域的稳健性,在爆轰驱动或高速冲击ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟中具有较高的应用价值.     

流体力学拉氏程序收敛性及数值计算不确定度初探

将欧氏(Eulerian)数值模拟不确定度分析的基本概念和方法引进拉氏(Lagrangian)计算中,包括渐近收敛阶、渐近收敛域、网格收敛指标(Grid convergence index,GCI)等.给出GCI方法刻画数值计算不确定度的具体步骤.并应用于N-R格式,验证了方法的有效性.     

针对流体大变形问题网格邻域可变技术

结合大量实际问题,研究基于邻域可变的拉氏局部重分新方法,允许网格邻域在计算中局部跟随流体可变,虽然可能会导致任意多边形网格,但比标准的拉氏+重分方法有更好的拉氏特点.网格邻域可变的局部重分策略是基于计算过程中处理网格相交的思想,即在网格相交处改变网格邻域关系,使网格不会出现相交,保持计算正常进行.通过几个数值例子论证方法的特点,并与标准的拉氏+重分方法进行比较,显示其优点.     

衬套内爆ALE方法二维MHD数值模拟

早期关于二维磁流体力学方程组的描述都是在Lagrangian或Eulerian坐标内进行的。在Lagrangian描述中，计算网格固定在物体上随物体一起运动，网格点与物质点在物体的变形过程中始终保持一致，因此能准确描述物体的移动界面。但对于大变形问题，物质的扭曲将导致计算网格的畸形而使计算无法进行下去。在Eulerian描述中，网格固定在空间中，因而计算网格在物体的变形过程中保持不变，因此很容易处理物质的扭曲。但对于运动界面，需要引入非常复杂的数学映射，将可能导致较大的误差。     

多介质流体模拟与实验研究进展

1．可压缩多介质流动在惯性约束聚变等领域有着广泛的应用背景,其模拟一直是流体计算领域的难点和前沿问题之一。为了清晰描述自由面和各种物质界面,拉氏方法和ALE方法仍是目前实际计算中的主要计算方法,然而物质界面的大变形一直是难以克服的瓶颈问题。为此我们提出了一种整体ALE计算（GALE）的设想,通过引入混合网格,发展ALE模式下的混合网格模型和界面处理方法,在多个物质区上进行整体的网格重分,有效克服了多介质大变形这一瓶颈困难。     

弹塑性流体力学拉氏自适应网格和网格重分守恒重映数值模拟方法

拉氏自适应重分弹塑性流体力学有限元程序实现了网格完全自适应，具有良好、灵活的非结构自适应网格数据结构，实现了滑移界面两边(接触间断)网格动态调整，网格的细分和合并处理灵活，网格重分和网格自适应模块兼容、守恒重映，网格重分中采用多种方法控制新网格的质量，爆轰计算可采用Lee-Tarver的化学反应率模式。初步数值计算结果表明，弹塑性流体力学拉氏自适应重分数值模拟方法合理，计算结果正确，基本反映了流场的物理结构。     

非结构子网格压力方法

纯拉氏流体力学计算失败的根源是砂漏运动和虚假涡旋,运用子网格拉氏质量与其相关的子网格密度得到子网格压力,子网格压力产生的扰动隅角力能消除这些虚假运动,以便消除困扰拉氏流体力学算法的网格畸变带来的数值计算困难.将包括子网格压力的相容流体算法推广到非结构网格,研制包括非结构子网格压力的相容流体程序,对Saltzman活塞问题进行数值模拟,从数值结果分析可知,非结构子网格压力方法能抑制虚假涡旋,消除砂漏畸变.     

运动网格上的水下爆炸数值模拟方法

 在对水下爆炸过程的数值模拟中,把水-气介质界面当作一种特殊的内部边界,并且在该边界上的网格节点都有双重定义,分别对应边界两侧的不同介质状态,通过利用HLLC（Harten,Lax,van Leer,Contact）方法求解任意ALE（Arbitrary Largrangian Eulerian Method,拉格朗日-欧拉方程）方程组,以及运用界面跟踪和动网格方法,对一维球对称水下爆炸模型进行了数值模拟。结果表明,所得到的数值计算结果与实验结果吻合得较好,并且在扩展到二维柱对称水下爆炸模型时,同样得到了满意的结果。     

ALE计算中基于声速分布的网格优化技术

基于声速分布,提出一种拉氏流体力学计算中大变形网格优化的数值技术.该方法不但可以优化网格的几何形状且可以提高拉氏流体计算的时间步长.介绍基于声速分布的网格松弛泛函、修正梯度流方程的推导、离散和求解方法,启动/终止网格优化过程的条件,及基于这种网格优化方法的ALE算法.给出Rayleigh-Taylor不稳定性问题等数值算例,用以证明该方法的有效性.     

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.     

复杂区域上的一种结构网格生成方法

讨论复杂区域上的一种结构网格生成方法,其主要思想是:以变分形式的Winslow网格生成方法为基础,通过引入网格解扭机制和网格面积均匀化技术,构造出一种新的离散泛函,进而采用一类优化算法求解这一离散泛函的极小化问题,得到所希望的网格.通过分析及大量数值实验表明,这一方法比较健壮,针对二维复杂区域通常能够生成几何品质较优的网格,它在保持Winslow方法优点的同时,克服了它的一些缺点.     

一种高精度保界的守恒重映方法

Lagrange方法中，当流场发生大变形时，跟踪流体运动的Lagrange网格发生扭曲，使计算无法进行下去，此时必须重分网格，把网格修复成较好的形状。另外，网格自适应技术中的重构、合并与加密，以及同一问题不同程序相继计算的连接，并行计算中相邻块边界区域的数据传递等，这些情况都需要利用旧网格上的物理量来确定新网格上的物理量，是一个物理量重映过程。质点重映方法是基于物理上守恒规律的一种离散的物理量守恒映射方法，既可实现分片常数分布的一阶精度重映计算，又可实现分片线性分布的二阶精度重映计算。这种方法可严格保证守恒量的守恒性，且可以实现任意多边形网格以及节点上物理量的守恒重映。但是，基于分片线性分布的二阶精度重映方法，如果新网格的守恒量没有进行保界调整，那么相应的强度量有可能在其局部的限制范围之外，破坏了原网格物理量的单调性。因而，对二阶精度的质点重映方法进行了进一步研究。在分片线性分布的基础上，将基于结构网格的保界算法扩展到非结构网格上，给出了二阶保界的质点守恒重映方法。     

LARED-H程序的激光黑腔靶耦合数值模拟

LARED-H程序是一个可用于激光黑腔靶耦合数值模拟研究的二维辐射流体力学程序。黑腔等离子体所形成的复杂流场使单纯的拉格朗日网格在计算中产生严重扭曲，影响计算精度，并导致计算中断。拉氏加网格重分是计算激光黑腔靶耦合常用的算法。对LARED-H程序的积分网格重分方法在网格重构和物理量重映方面作了较大改进，并利用改进后的LARED-H程序模拟了“神光”-Ⅱ和“神光”-Ⅲ条件下的激光空腔靶耦合物理全过程。     

大长宽比扭曲网格上辅助网格差分方法

讨论抛物型方程的离散差分格式的构造,对九点差分格式进行了适用范围的讨论,并在此基础上提出辅助网格差分方法,用于处理因网格长宽比大且扭曲较大的网格引起的计算精度与计算效率降低的问题,该方法从守恒方程出发,将九点差分格式应用于按某种合适的方式进行重分之后的网格上,减少由于网格正则性差以及网格节点上的物理量采用周围网格量的加权平均等原因所引起的计算误差,得到一个新的但其解仍然逼近原来网格上的物理量的方程组.所构造的方法便于实施,且更适合于对实际物理模型的模拟,能比较好地适应流体大变形导致的网格扭曲,数值试验表明它有较好的数值精度和稳定性.     

一类基于ENO插值的守恒重映算法

在大变形流体力学问题的数值模拟中,常常会涉及到计算网格的重分.基于不同网格的物理量传递便是所谓的重映技术.基于ENO插值的思想,发展了一类适用于任意网格的ENO守恒重映算法,并给出了数值结果.     

二维Lagrange网格的积分守恒重映方法

研究了解决二维Lagrange网格大变形的一种有效的网格重分方法——积分守恒重映方法.详细地介绍了算法,并给出了数值实验结果.     

自适应坐标变换方法

在流体计算中，网格生成技术的本质是坐标变换技术。如何通过坐标变换的方法使得在物理空间中的网格分布与形状较为合理，是需要解决的关键问题之一。在多维多介质的流场区域中建立适当的坐标系(即生成网格)应满足诸多方面的要求。     

基于激光靶耦合问题的二阶精度重映算法

在现有二维激光靶耦合程序LARED-H中，用流体力学方程组描述等离子体的运动，流体计算以拉氏计算为主，经常由于网格的大变形导致数值计算提前终止。ALE方法是目前解决大变形问题中比较流行的方法，在二维空腔计算中，希望能在变形较大的地方采用欧拉区来解决大变形问题。高精度的重映算法是ALE算法中最重要的部分之一，本工作的目的就是研究适用于激光靶耦合问题的高精度重映算法。     

基于前沿推进的改进型PEBI网格生成方法

提出一种基于前沿推进的改进型PEBI网格生成方法,将其应用于油藏渗流模拟中,编制相应的油藏数值模拟器.与商业数模软件CMG的计算结果对比,验证了方法的准确性.以某不规则油藏模型为例开展数值模拟研究.结果表明,与常规笛卡尔网格相比,PEBI网格能减弱网格取向的影响.本文提出的PEBI网格生成方法在复杂油藏边界的精确描述、井位及断层内部约束条件的植入等方面具有较强的可应用性.