非结构多边形网格滑移线开穴算法

基于非结构任意多边形网格管理体系及束缚滑移技术,针对多介质多次加卸载大变形问题的模拟,发展滑移线开穴算法,并利用金属碰撞分离模型进行验证.给出滑移线上的点和网格的开闭穴状态判别方法及网格开闭情况下滑移线上点的速度计算方法.该滑移计算技术将传统结构网格的开穴算法推广到拉氏非结构多边形网格中,保留拉氏滑移算法无缝连接和较好模拟物质界面的优点,实现了模拟实际问题中物质界面开闭功能.在金属碰撞分离模型中采用多种网格、不同界面形状和多介质等条件进行测试,证明了算法的正确性.     

一种固定网格上拉格朗日点追踪的快速算法

提出一种基于非结构网格颗粒追踪的改进算法.在已有算法的基础上,发展适用于包含任意多边形单元界面的混合网格算法,对不共面的空间多边形界面进行虚拟三角化,实现基于任意混合网格的拉格朗日追踪.数值试验证明方法可行可靠.通过对固定容器内喷入的不同数量颗粒进行追踪的数值测试及与文献对比,显示算法高效,在颗粒数为10000时,效率提高约47%.     

求解N-S方程的多边形网格与三角形网格对比

本文介绍了基于边的数据结果离散对流扩散方程的方法,编制了适用于任意多边形单元网格的有限容积法计算程序,利用方腔自然对流、外掠后台阶和移动顶盖驱等算例考察了三角形网格与多边形网格在数值计算方面的性能差别.结果表明,采用三角形网格收敛较慢且不容易获得网格无关的解,而采用与三角形网格对偶的多边形网格则收敛较快且易获得网格无关的解.     

块结构自适应网格上任意区域和任意界面的数值积分

研究块结构自适应网格上计算任意界面上和任意区域内的数值积分方法,其中任意界面和任意区域通过一个水平集函数表示.首先介绍在一致网格上任意界面上和任意区域内的数值积分方法.然后,将该方法推广到块结构的自适应网格上.数值算例表明,自适应网格方法有二阶精度.同一致网格方法相比,自适应网格方法显著地减少了计算机存储量的需求.     

非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法

讨论非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法.应用有限点方法(Finite Point Method,简称FPM)导出基于有限点两点公式和三点公式的能流计算公式,该公式适用于任意多边形及非匹配网格等非结构网格;给出网格角点温度新的计算公式.数值试验表明:基于两点公式的离散解和基于三点公式的离散解均具有平方阶的收敛速度;基于三点公式的离散解的精度总优于基于两点公式的离散解.     

邻域可变技术及其在闭穴滑移计算中的应用

基于任意多边形网格邻域可变技术,提出一种针对多介质带有间隙计算模型的闭穴滑移计算方法,实现了复杂工程中带有间隙问题的数值模拟.该方法避免了传统算法中以直代曲的缺陷,克服了传统方法由于网格扭曲变形带来的接触点求解的困难.数值模拟结果验证了方法的可行性,体现了算法对间隙闭穴的无缝连接特点.     

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.     

非结构网格边粘性公式

利用Kuropatenko提出的人为粘性形式和Christiansen建议的TVD(Total Variation Diminishing)输运限制子构造非结构网格边粘性,用最大角原则选择邻边构造限制子,研制包括边粘性的相容流体程序,给出边粘性与体粘性数值模拟比较,对Saltzman活塞问题、Noh问题进行数值实验.数值实验结果比较说明,非结构网格边粘性准确检出强速度梯度不存在的情形,减弱人为粘性力的作用,有效捕捉流体的激波间断,提高模拟精度.     

二维MLSPH无网格方法

给出MLSPH无网格方法的控制方程、移动最小二乘近似、MLSPH守恒格式等,重点研究MLSPH守恒格式中MLS面积向量的数值求解方法,以提高求解的精度.对激波管问题和平面Noh问题进行模拟,得到较好的结果,确定用三次样条积分公式计算面积向量.     

基于无结构网格单元中心有限体积法的二维对流扩散方程离散

在无结构网格单元中心有限体积法二维水流模型基础上,建立物质输运对流扩散方程离散模式.通过通量重构法和SOM(Support Operators Method),分别对输运方程的对流项和扩散项进行离散.该离散模式具有空间二阶精度,并适用于任意多边形无结构网格.通过纯对流和纯扩散算例对模型进行检验和验证,结果表明,模型能够较好地模拟物质输运的对流扩散问题.应用模型模拟瓯江河口的盐度输运,通过计算值与实测值对比,进一步检验模型.     

结合前沿推进的Delaunay三角化网格生成及应用

采用一种新的混合网格生成方法,生成复杂区域的非结构化网格.结合前沿推进法和Delaunay三角化两种非结构网格生成方法的特点,在边界处采用前沿推进法进行三角形初始网格的生成,在边界区域内部采用Delaunay三角化方法自动生成内部节点.分析表明,该算法简化网格生成过程,能够快速有效地生成非结构化网格.在计算时间以及网格的均匀性方面与其他方法相比具有一定的优势.最后,用混合网格生成方法生成方柱绕流的计算域网格,并运用基于特征线方程的分离算法进行流场计算.     

自适应间断有限元方法求解双曲守恒律方程

研究自适应Runge-Kutta间断Galerkin (RKDG)方法求解双曲守恒律方程组,并提出两种生成相容三角形网格的自适应算法.第一种算法适用于规则网格,实现简单、计算速度快.第二种算法基于非结构网格,设计一类基于间断界面的自适应网格加密策略,方法灵活高效.两种方法都具有令人满意的计算效果,而且降低了RKDG的计算量.     

Directional integration on unstructured meshes via supermesh construction

Unstructured meshes are in widespread use throughout computational physics, but calculating diagnostics of simulations on such meshes can be challenging. For example, in geophysical fluid dynamics, it is frequently desirable to compute directional integrals such as vertical integrals and zonal averages; however, it is difficult to compute these on meshes with no inherent spatial structure. This is widely regarded as an obstacle to the adoption of unstructured mesh numerical modelling in this field. In this paper, we describe an algorithm by which one can exactly compute such directional integrals on arbitrarily unstructured meshes. This is achieved via the solution of a problem of computational geometry, constructing the supermesh of two meshes. We demonstrate the utility of this approach by applying it to a classical geophysical fluid dynamics system: the thermally driven rotating annulus. This addresses an important objection to the more widespread use of unstructured mesh modelling.     

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.     

自适应间断有限元方法求解三维欧拉方程

将龙格库塔间断有限元方法(RDDG)与自适应方法相结合,求解三维欧拉方程.区域剖分采用非结构四面体网格,依据数值解的变化采用自适应技术对网格进行局部加密或粗化,减少总体网格数目,提高计算效率.给出四种自适应策略并分析不同自适应策略的优缺点.数值算例表明方法的有效性.     

Reduction of Numerical Oscillations in Simulating Moving-Boundary Problems by the Local DFD Method

In this work, the hybrid solution reconstruction formulation proposed by Luo et al. [H. Luo, H. Dai, P. F. de Sousa and B. Yin, On the numerical oscillation of the direct-forcing immersed-boundary method for moving boundaries, Computers & Fluids, 56 (2012), pp. 61–76] for the finite-difference discretization on Cartesian meshes is implemented in the finite-element framework of the local domain-free discretization (DFD) method to reduce the numerical oscillations in the simulation of moving-boundary flows. The reconstruction formulation is applied at fluid nodes in the immediate vicinity of the immersed boundary, which combines weightly the local DFD solution with the specific values obtained via an approximation of quadratic polynomial in the normal direction to the wall. The quadratic approximation is associated with the no-slip boundary condition and the local simplified momentum equation. The weighted factor suitable for unstructured triangular and tetrahedral meshes is constructed, which is related to the local mesh intervals near the immersed boundary and the distances from exterior dependent nodes to the boundary. Therefore, the reconstructed solution can account for the smooth movement of the immersed boundary. Several numerical experiments have been conducted for two- and three-dimensional moving-boundary flows. It is shown that the hybrid reconstruction approach can work well in the finite-element context and effectively reduce the numerical oscillations with little additional computational cost, and the spatial accuracy of the original local DFD method can also be preserved.     

网格单元形状对数值计算的影响

实现了二维非结构化网格上的N-S方程的离散,编制了非结构化同位网格上的SIMPLE程序,针对CFD/NHT 中几个有基准解的问题进行了试算考核。结果表明,在步长基本相同的情况下,四边形网格的收敛速度和解的精度都优于 三角形网格,尤其是收敛速度更明显;使用考虑边界贴体特性的边界层网格,解的精度优于均匀网格。     

求解多维欧拉方程的二阶非结构网格混合旋转Riemann求解器

将基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法推广到非结构网格,采用基于网格中心的有限体积法,梯度的计算采用基于节点的方法引入更多的控制体模板,限制器的构造采用与非结构化网格相适应的形式.在求解Riemann问题时,沿具有一定物理意义的两个迎风方向,即控制体界面两侧速度差矢量方向及与之正交的方向.能够完全消除基于Riemann求解器的通量差分裂格式存在的激波不稳定或"红斑"现象.为减小计算量,采用HLL和Roe FDS混合旋转格式.     

拉氏数值模拟中的人工粘性方法

较好的人工粘性需要满足较小的计算开销、不能去除真实具有的涡运动等条件.提出一种应用于拉氏数值模拟中基于Lew人工粘性,同时增加了限制器的人工粘性方法.可以有效减少数值模拟结果对网格的依赖;采用特征值限制器控制施加的人工粘性大小,通过限制器能够区分激波压缩和等熵压缩;方便应用在二维、三维,结构网格或者非结构网格上.     

Efficient kinetic schemes for steady and unsteady flow simulations on unstructured meshes

This paper presents efficient second-order kinetic schemes on unstructured meshes for both compressible unsteady and incompressible steady flows. For compressible unsteady flows, a time-dependent gas distribution function with a discontinuous particle velocity space at a cell interface is constructed and used for the evaluations of both numerical fluxes and conservative flow variables. As a result, a compact scheme on the unstructured meshes is developed. For incompressible steady flows, a continuous second-order gas-kinetic BGK type scheme is presented, for which the time-dependent gas distribution function with a continuous particle velocity is used on unstructured meshes. The efficiency of the schemes lies in the fact that the slopes of the flow variables inside each cell can be constructed using values of the flow variables within that cell only without involving neighboring cells. Therefore, even with the stencil of a first-order scheme, a high resolution method is constructed. Numerical examples are presented which are compared with the benchmark solutions and the experimental measurements.