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相似文献
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1.
同位网格摄动有限体积格式求解浮力驱动方腔流   总被引:1,自引:1,他引:1  
代民果  高智 《力学学报》2006,38(6):733-740
利用对流扩散方程的摄动有限体积格式,在Rayleigh数从10$^{3}$ 到10$^{8}$的范围内对浮力驱动方腔流动问题作了数值模拟. 对流扩散方程的摄动 有限体积格式具有一阶迎风格式的简洁形式,使用相同的基点,重构近似精度高,特别是两 相邻控制体中心到公共界面的距离相等或不相等,PFV格式公式相同等优点. 在数值模拟中, 无论均匀网格还是非均匀网格均获得与DSC方法、自适应有限元法、多重网格法等Benchmark 解相符较好的数值结果,证明UPFV格式对高Rayleigh数对流传热问题的适用性和有效性.  相似文献   

2.
数值摄动算法及其CFD格式   总被引:2,自引:1,他引:1  
高智 《力学进展》2010,40(6):607-633
作者提出的数值摄动算法把流体动力学效应耦合进NS方程组和对流扩散(CD)方程离散的数学基本格式(MBS),特别是耦合进最简单的MBS即一阶迎风和二阶中心格式之中,由此构建成一系列新格式,称呼方便和强调耦合流体动力学起见,称它们为流体力学基本格式(FMBS)。构建FMBS的主要步骤是把MBS中的通量摄动重构为步长的幂级数,利用空间分裂和导出的高阶流体动力学关系式,把结点变量展开成Taylor级数,通过消除重构格式修正微分方程的截断误差诸项求出幂级数的待定系数,由此获得非线性FMBS。FMBS的公式是MBS与 (及 )之简单多项式的乘积, 和 分别是网格Reynolds数和网格CFL数。FMBS和MBS使用相同结点,简单性彼此相当,但FMBS精度高稳定范围大,例如FMBS包含了许多绝对稳定和绝对正型、高阶迎风和中心有限差分(FD)格式和有限体积(FV)格式,这些格式对网格Reynolds数的任意值均为不振荡格式。可见对不振荡CFD格式的构建,数值摄动算法提供了不同于调节数值耗散等常见的人为构建方法,而利用流体力学自身关系以及把迎风机制通过上、下游摄动重构引入中心MBS的解析构建方法,FMBS除了直接应用于流体计算外;对于通过调节数值耗散、色散和数值群速度特性重构高分辨率格式的研究,最简单FMBS提供了比最简单MBS更精确、但同样简单的基础和起步格式。FMBS用于计算不可压缩流,可压缩流,液滴萃取传质,微通道两相流等,均获得良好数值结果或与已有Benchmark解一致的数值结果。已有文献称数值摄动算法为新型高精度格式和高的算法和高的格式;本文FMBS比数值摄动格式的称呼可更好反映FMBS的物理内容。文中也讨论了值得进一步研究的一些课题,该法亦可用于其它一些数学物理方程(例如,简化Boltzmann方程、磁流体方程、KdV-Burgers方程等)MBS耦合物理动力学效应的重构。   相似文献   

3.
对流扩散方程的绝对稳定高阶中心差分格式   总被引:3,自引:1,他引:2  
将作者提出的数值摄动算法改进为区分离散单元内上游和下游并分别对通量进行高精度重构的双重数值摄动算法,与原(单重)摄动算法相比,双重摄动算法既提高了格式精度又明显扩大了格式的稳定域范围.利用双重摄动算法,即分别利用上游和下游基点变量的摄动重构将高阶流体力学关系及迎风机制耦合进二阶中心格式之中,由此构建了对流扩散方程的对网格Reynolds数的任意值均稳定(绝对稳定)高精度(四阶和八阶精度)三基点中心TVD差分格式,通过解析分析以及3个算例计算证实了构建格式的优良性能;3个算例包括一维线性、非线性(Burgers方程)和二维变系数对流扩散方程.数值计算表明:构建的格式在粗网格下不振荡,构建格式在粗网格时的最大误差L_∞和均方误差L_2与二阶中心格式在细网格时的相应误差一致,对线性方程,构建格式在细网格下可达到L_2精度阶.  相似文献   

4.
摄动有限差分方法研究进展   总被引:17,自引:1,他引:16  
高智 《力学进展》2000,30(2):200-215
振动有限差分(PFD)方法,既离散徽商项也离散非微商项(包括微商系数),在微商用直接差分近似的前提下提高差分格式的精度和分辨率.PFD方法包括局部线化微分方程的摄动精确数值解(PENS)方法和摄动数值解(PNS)方法以及考虑非线性近似的摄动高精度差分(PHD)方法。论述了这些方法的基本思想、具体技巧、若干方程(对流扩散方程、对流扩散反应方程、双曲方程、抛物方程和KdV方程)的PENS、PNS和PHD格式,它们的性质及数值实验.并与有关的数值方法作了必要的比较.最后提出值得进一步研究的一些课题.   相似文献   

5.
双同守恒律方程的加权本质无振荡格式新进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
近几年,在计算流体力学中,高精度、高分辨率的加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory , WENO)格式得到很大的发展.WENO格式的主要思想是通过低阶的数值流通量的凸组合重构得到高阶的逼近,并且在间断附近具有本质无振荡的性质.本文综合介绍了双曲守恒律方程的有限差分和有限体积迎风型WENO,中心WENO,紧致中心WENO以及优化的WENO格式等,讨论了负权的处理和多维问题的解决方法.最后,通过一些算例证明WENO格式的高精度,本质无振荡的性质.图6参40   相似文献   

6.
提出一种Fourier-Legendre谱元方法用于求解极坐标系下的Navier-Stokes方程,其中极点所在单元的径向采用Gauss-Radau积分点,避免了r=0处的1/r坐标奇异性。时间离散采用时间分裂法,引入数值同位素模型跟踪同位素的输运过程验证数值模拟的精度,分别利用谱元法和有限差分法的迎风差分格式求解匀速和加速坩埚旋转流动中的同位素方程。计算结果表明,有限差分法中的一阶迎风差分格式存在严重的数值假扩散,二阶迎风差分格式的数值结果较精确,增加节点可以有效地缓解数值扩散。然而,谱元法具有以较少节点得到高精度解的优势。  相似文献   

7.
高智 《力学学报》2012,44(3):505-512
利用数值摄动算法, 通过扩散格式数值摄动重构把对流扩散方程的2阶中心差分格式(2-CDS)重构为高精度高分辨率格式, 解析分析和模型方程计算证实了新格式的高精度不振荡性质. 新格式是把物理黏性使流动光滑化的扩散运动规律引入2-CDS 中的结果. 该法显然与构建高级离散格式的常见方法不同. 证实: 数值摄动重构中引入扩散运动规律的结果格式与引入对流运动规律(下游不影响上游的规律)的结果格式一致, 说明对离散方程的数值摄动运算, 在维持原格式结构形式不动的条件下, 不仅能提高格式精度和稳健性, 且可揭示对流离散运动规律与扩散离散运动规律之间的内在关联;同时证实, 文中提出和使用的上、下游分裂方法是构建高精度不振荡离散格式的一个有效方法.  相似文献   

8.
建立了求解二维全非线性布氏(Boussinesq)水波方程的有限差分/有限体积混合数值格式. 针对守恒形式的控制方程,采用有限体积方法并结合 MUSTA格式计算数值通量, 剩余项则采用有限差分方法求解, 采用具有总变差减小(totalvariation diminishing, TVD)性质的三阶龙格-库塔法进行时间积分.该格式具备间断捕捉、程序实现简单、数值稳定性强、海岸动边界以及波浪破碎处理方便和可调参数少等优点.利用典型算例对数值模型进行了验证,计算结果与实验数据吻合较好.   相似文献   

9.
对流扩散方程QUICK格式的数值摄动高精度重构格式   总被引:2,自引:1,他引:1  
朱可  李明军 《力学学报》2011,43(1):55-62
利用高智提出的数值摄动算法, 把对流扩散方程的常用QUICK格式(黏性和对流项分别用二阶中心和QUICK格式离散)进行了高精度重构, 包括利用离散单元内所有结点的全域重构和分别利用离散单元内上下游结点的上下游重构, 得到两类新的更高阶精度的数值摄动重构格式, 称为高的QUICK格式(G-QUICK格式). G-QUICK格式与QUICK格式相比简单性相当, 但精度更高; 全域重构G-QUICK格式和QUICK格式均为条件稳定, 上下游重构得到一些绝对稳定的G-QUICK格式. 解析分析和数值算例均证实了G-QUICK格式的优良性能, 上下游重构的G-QUICK格式为在对流扩散方程的QUICK格式中避免使用人工黏性提供了新途径.   相似文献   

10.
为高效和高精度求解长距离输水系统瞬变流变化过程,应用三阶ENO有限体积格式求解一维管道非恒定流方程组,基于Lax-Friedrichs通量裂分法重构界面通量,上下游界面采用虚拟网格技术并结合交叉管网边界条件建立了一套高效和高精度求解管道瞬变流水锤波的数值模型。引入GPU加速技术,实现对大型输水系统的高效计算。通过特征线法、一阶及二阶Godunov有限体积格式对模型进行验证,结果表明,三阶ENO格式在极低的Courant数时也能保持较好的间断捕捉性能且无非物理振荡。同时,对Courant数的高度不敏感性,使得模型划分网格时具有高度的灵活性并能显著提高计算速度。应用GPU加速技术,发现模型在较多网格数时有明显的加速效果,且加速效果随网格数增多而显著。本文模型可为长距离输水系统非恒定瞬变过程的高效精准快速模拟预测提供理论支撑。  相似文献   

11.
IntroductionThefinitevolume (FV)methodusestheintegralformoftheconservationequationasitsstartingpointandcanutilizeconvenientlydiversifiedgrids(structuredandunstructuredgrids)andissuitableforverycomplexgeometry ,whicharewhyitispopularwithengineeringandhasbeenwidelyusedinagreatvarietyofcommercialsoftwareofcomputationalfluiddynamics.Relativetothefiniteelement (FE)methodandthefinitedifferential (FD)method ,thedisadvantageofFVmethodisthatitisnothigheraccuracy .FVmethodisofsecondlevelapproximatio…  相似文献   

12.
A perturbation finite volume (PFV) method for the convective-diffusion integral equation is developed in this paper. The PFV scheme is an upwind and mixed scheme using any higher-order interpolation and second-order integration approximations, with the least nodes similar to the standard three-point schemes, that is, the number of the nodes needed is equal to unity plus the face-number of the control volume. For instance, in the two-dimensional (2-D) case, only four nodes for the triangle grids and five nodes for the Cartesian grids are utilized, respectively. The PFV scheme is applied on a number of 1-D linear and nonlinear problems, 2-D and 3-D flow model equations. Comparing with other standard three-point schemes, the PFV scheme has much smaller numerical diffusion than the first-order upwind scheme (UDS). Its numerical accuracies are also higher than the second-order central scheme (CDS), the power-law scheme (PLS) and QUICK scheme. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10272106, 10372106)  相似文献   

13.
This paper is concerned with a number of upstream-weighted second- and third-order difference schemes. Also considered are the conventional upwind and central difference schemes for comparison. It commences with a general difference equation which unifies all the given first-, second- and third-order schemes. The various schemes are evaluated through the use of the general equation. The unboundedness and accuracy of the solutions by the difference schemes are assessed via various analyses: examination of the coefficients of the difference equation, Taylor series truncation error analysis, study of the upstream connection to numerical diffusion, single-cell analysis. Finally, the difference schemes are tested on one- and two-dimensional model problems. It is shown that the high-order schemes suffer less from the problem of numerical diffusion than the first-order upwind difference scheme. However, unboundedness cannot be avoided in the solutions by these schemes. Among them the linear upwind difference scheme presents the best compromise between numerical diffusion and solution unboundedness.  相似文献   

14.
对流扩散方程的迎风变换及相应有限差分方法   总被引:15,自引:0,他引:15  
陈国谦  高智 《力学学报》1991,23(4):418-425
本文提出所谓迎风变换,将对流扩散方程分解为对流迎风函数和扩散方程,并构造相应的有限差分格式。对流迎风函数以简明的指数解析形式反映对流扩散现象的迎风效应,原则上消除了源于不对称对流算子的困难,能够便利对流扩散方程的数值求解。有限差分格式具有二阶精度和无条件稳定性,算例表明其准确性、收敛速度及对边界层效应的适应能力均明显优于中心差分格式和迎风差分格式。  相似文献   

15.
Third‐order and fifth‐order upwind compact finite difference schemes based on flux‐difference splitting are proposed for solving the incompressible Navier–Stokes equations in conjunction with the artificial compressibility (AC) method. Since the governing equations in the AC method are hyperbolic, flux‐difference splitting (FDS) originally developed for the compressible Euler equations can be used. In the present upwind compact schemes, the split derivatives for the convective terms at grid points are linked to the differences of split fluxes between neighboring grid points, and these differences are computed by using FDS. The viscous terms are approximated with a sixth‐order central compact scheme. Comparisons with 2D benchmark solutions demonstrate that the present compact schemes are simple, efficient, and high‐order accurate. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

16.
The purpose of this work is to build a general framework to reconstruct the underlying fields within a finite volume (FV) scheme solving a hyperbolic system of PDEs (Partial Differential Equations). In an FV context, the data are piecewise constants per computational cell and the physical fields are reconstructed taking into account neighbor cell values. These reconstructions are further used to evaluate the physical states usually used to feed a Riemann solver which computes the associated numerical fluxes. The physical field reconstructions must obey some properties linked to the system of PDEs such as the positivity, but also some numerically based ones, like an essentially nonoscillatory behavior. Moreover, the reconstructions should be highly accurate for smooth flows and robust/stable for discontinuous solutions. To ensure a solution property preserving reconstruction, we introduce a methodology to blend high-/low-order polynomials and hyperbolic tangent reconstructions. A boundary variation diminishing algorithm is employed to select the best reconstruction in each cell. An a posteriori MOOD detection procedure is employed to ensure the positivity by recomputing the rare problematic cells using a robust first-order FV scheme. We illustrate the performance of the proposed scheme via the numerical simulations for some benchmark tests which involve vacuum or near vacuum states, strong discontinuities, and also smooth flows. The proposed scheme maintains high accuracy on smooth profile, preserves the positivity and can eliminate the oscillations in the vicinity of discontinuities while maintaining sharper discontinuity with superior solution quality compared to classical highly accurate FV schemes.  相似文献   

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