求解多维双曲守恒律方程组的四阶半离散格式

提出了求解多维双曲守恒律方程组的四阶半离散格式。该方法以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在R iemann扇内波传播的局部速度,从而回避了计算过程中的网格交错,建立了数值耗散较小的介于迎风格式和中心格式之间的半离散格式。本文的四阶半离散格式是Kurganov等人的三阶半离散格式的高阶推广。大量的数值算例充分说明了本文方法的高分辨率和稳定性。     

求解双曲型守恒律的半离散三阶中心迎风格式

给出了求解一维双曲型守恒律的一种半离散三阶中心迎风格式，并利用逐维进行计算的方法将格式推广到二维守恒律。构造格式时利用了波传播的单侧局部速度，三阶重构方法的引入保证了格式的精度。时间方向的离散采用三阶TVD Runge—Kutta方法。本文格式保持了中心差分格式简单的优点，即不需用Riemann解算器，避免了进行特征分解过程。用该格式对一维和二维守恒律进行了大量的数值试验，结果表明本文格式是高精度、高分辨率的。     

求解浅水波方程的半离散中心迎风方法

将Jin's的界面方法应用到求解双曲守恒型方程的半离散中心迎风方法中,给出了一种新的求解浅水波方程的半离散中心迎风差分方法。对于源项,不是采用传统的单元均值而是采用单元界面处的值来近似,使所得格式对稳定态的求解是均衡的。且已证明所给的二阶精度的求解格式保持水深的非负性,这一特性使其能够较好的处理干河床问题。使用该方法产生的数值粘性(与O(Δ2r-1)同阶)要比交错的中心格式小(与O(Δx2r/Δt)同阶),而且由于数值粘性与时间步长无关,从而时间步长可根据稳定性需要尽可能的小,因此适用于稳定态的求解。     

高阶多维半离散中心迎风格式及其应用

提出了求解多维对流-扩散方程的四阶半离散中心迎风格式。该格式以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在Riemann扇内波传播的局部速度,从而更加准确地估计出了局部Riemann扇的宽度,最终既回避了网格的交错,又降低了格式的数值粘性,建立了介于迎风格式和中心格式之间的半离散中心迎风格式。本文还将该四阶半离散中心迎风格式与涡度-流函数方法相结合,有效地求解了二维不可压Euler方程组和Navier-Stokes方程组。     

一种改进的中心-WENO混合格式

基于中心差分与WENO格式混合可以改善WENO格式耗散特性的思想,在理论推导的基础上,给出了一种用于激波捕捉计算的守恒型中心-WENO混合格式,该混合格式可视为三阶WENO格式和二阶中心差分格式的加权平均。在数值研究现有加权函数的基础上,给出了适用于该混合格式的加权函数,使其能够自适应地调整数值耗散以捕捉激波间断。数值结果表明:与三阶WENO格式相比,混合格式HY3_4能够降低数值耗散,更陡峭地捕捉间断,对复杂流场结构具有较高的分辨率;混合格式HY3_5对于包含高压比激波间断流场结构,能给出无振荡、低耗散的结果。     

一类三维时空二阶精度高分辨率MmB差分格式

直接把Nessyahu和Tadmor^[1,2]的思想推广到三维非线性双曲型守恒律情形，以交错形式Lax—Friedrichs格式为基本模块，使用二阶分片线性逼近代替一阶分片常数逼近，减少了Lax—Friedrichs格式的过多数值粘性，通过对混合导数离散形式的适当处理，构造了一类不须解Riemann问题、具有时空二阶精度高分辨率的MmB差分格式。这些差分格式很容易推广到向量系统中去。最后，一些数值模拟计算结果也证明了这些差分格式的有效性。     

基于四阶半离散中心迎风格式的虚拟流方法的应用

给出了求解多维无粘可压Euler方程组的四阶半离散中心迎风格式,该格式根据非线性波在网格单元边界上传播的局部速度来更准确地估计局部Riemann的宽度,避免了计算网格的交错,降低了格式的数值粘性。同时,考虑到Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置,而虚拟流的构造能隐式地捕捉到界面的边界条件,因此再将新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法相结合,成功地处理了非反应激波和多介质流中爆轰间断的追踪问题。     

满足几何守恒律的WENO格式及其应用

对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明,几何守恒律对高精度有限差分WENO格式计算结果具有重要影响,本文方法能够消除网格导数计算误差,保证来流保持性。将本文方法应用于SD7003翼型层流分离现象的数值模拟中,计算结果与文献中计算及试验数据吻合较好,同时能够精细捕捉小尺度流场结构,准确模拟翼型层流分离现象中的复杂流动过程。     

拉格朗日高阶中心型守恒气体动力学格式

提出了拉格朗日高阶中心型守恒气体动力学格式。用产生于当前时刻子网格密度和当前时刻网格声速的子网格压力构造了子网格力,用加权本质无震荡方法构造的高阶子网格力构造了高阶空间通量,借助时间中点通量的泰勒展开完成了高阶时间通量离散,利用动量守恒条件使得格点速度以与网格面的数值通量相容的方式计算。编制了拉格朗日高阶中心型守恒气体动力学格式,对Saltzman活塞问题进行了数值模拟,数值结果表明,拉格朗日高阶中心型守恒气体动力学格式的有效性和精确性.     

关于非线性计算稳定性问题

本文提出四个与非线性计算稳定性有关的因素,就其重要程度而言,顺序为:离散网格的尺度效应;差分格式余项效应;定解条件的数值处理:差分格式的守恒效应。本文特别就差分格式的余项效应作了较多的讨论。     

UNSTEADY／STEADY NUMERICAL SIMULATION OF THREE-DIMENSIONAL INCOMPRESSIBLE NAVIER-STOKES EQUATIONS ON ARTIFICIAL COMPRESSIBILITY

A mixed algorithm of central and upwind difference scheme for the solution of steady/unsteady incompressible Navier-Stokes equations is presented. The algorithm is based on the method of artificial compressibility and uses a third-order flux-difference splitting technique for the convective terms and the second-order central difference for the viscous terms. The numerical flux of semi-discrete equations is computed by using the Roe approximation. Time accuracy is obtained in the numerical solutions by subiterating the equations in pseudotime for each physical time step. The algebraic turbulence model of Baldwin-Lomax is ulsed in this work. As examples, the solutions of flow through two dimensional flat, airfoil, prolate spheroid and cerebral aneurysm are computed and the results are compared with experimental data. The results show that the coefficient of pressure and skin friction are agreement with experimental data, the largest discrepancy occur in the separation region where the lagebraic turbulence model of Baldwin-Lomax could not exactly predict the flow.     

Non-oscillatory central-upwind scheme for hyperbolic conservation laws

We introduce a new fourth order, semi-discrete, central-upwind scheme for solving systems of hyperbolic conservation laws. The scheme is a combination of a fourth order non-oscillatory reconstruction, a semi-discrete central-upwind numerical flux and the third order TVD Runge-Kutta method. Numerical results suggest that the new scheme achieves a uniformly high order accuracy for smooth solutions and produces non-oscillatory profiles for discontinuities. This is especially so for long time evolution problems. The scheme combines the simplicity of the central schemes and accuracy of the upwind schemes. The advantages of the new scheme will be fully realized when solving various examples.     

High-order accurate and high-resolution upwind finite volume scheme for solving euler/reynolds-averaged Navier-Stokes equations

A high-order accurate explicit scheme is proposed for solving Euler/Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for steady and unsteady flows, respectively. Baldwin-Lomax turbulence model is utilized to obtain the turbulent viscosity. For the explicit scheme, the Runge-Kutta time-stepping methods of third orders are used in time integration, and space discretization for the right-hand side (RHS) terms of semi-discrete equations is performed by third-order ENN scheme for inviscid terms and fourth-order compact difference for viscous terms. Numerical experiments suggest that the present scheme not only has a fairly rapid convergence rate, but also can generate a highly resolved approximation to numerical solution, even to unsteady problem. The project supported by the National Natural Science Foundation of China under Contract No. 59576007 and 19572038     

求解无粘可压Euler方程组的虚拟流方法

首先将三阶Godunov型半离散中心迎风格式推广到四阶,之后再将该新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法结合起来,成功地处理了非反应激波问题和多介质流中的爆轰间断问题。由于Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置,而虚拟流的构造能隐式地捕捉到界面的边界条件,故而本文的方法可以很自然地推广到多维情况。     

求解一维理想磁流体方程的移动网格熵稳定格式

磁流体方程的数值求解在等离子体物理学、天体物理研究以及流动控制等领域具有重要意义，本文构造了用于求解理想磁流体动力学方程的基于移动网格的熵稳定格式，此方法将Roe型熵稳定格式与自适应移动网格算法结合，空间方向采用熵稳定格式对磁流体动力学方程进行离散，利用变分法构造网格演化方程并通过Gauss-Seidel迭代法对其迭代求解实现网格的自适应分布，在此基础上采用守恒型插值公式实现新旧节点上的量值传递，利用三阶强稳定Runge-Kutta方法将数值解推进到下一时间层。数值实验表明，该算法能有效捕捉解的结构(特别是激波和稀疏波),分辨率高，通用性好，具有强鲁棒性。     

基于非结构网格求解二维浅水方程的高精度有限体积方法

采用HLL格式,在三角形非结构网格下采用有限体积离散,建立了求解二维浅水方程的高精度的数值模型.本文采用多维重构和多维限制器的方法来获得高精度的空间格式以及防止非物理振荡的产生,时间离散采用三阶Runge-Kutta法以获得高阶的时间精度.基于三角形网格,底坡源项采用简单的斜底模型离散,为保证计算格式的和谐性,对经典的HLL格式计算的数值通量中的静水压力项进行了修正.算例证明本文提出的方法的和谐性并具有高精度的间断捕捉能力和稳定性.