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相似文献
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1.
NND格式在非结构网格中的推广   总被引:21,自引:1,他引:21  
张来平  张涵信 《力学学报》1996,28(2):135-142
在张涵信提出的无波动、无自由参数的差分格式(NND格式)的基础上,构造了适用于非结构网格的二阶精度NND有限体积格式,解决了现有非结构网格方法中为抑制激波附近的波动而必须引入含自由参数的人工粘性项的困难,并采用网格自适应技术以提高效率.通过对二维平板激波反射和前台阶在管道内的流动问题的计算,表明本方法可有效地用于Euler方程的求解.  相似文献   

2.
利用高精度差分格式求解了可压缩 N-S方程球头热流问题。分析了不同差分格式在对球头粘性绕流热流计算中存在的问题 ,并分析了相应的网格雷诺数。在利用高精度迎风紧致 [1 ] 格式求解粘性绕流热流问题时 ,采用 Steger-Warming[2 ]的通量分裂技术将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分 ,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的高精度迎风格式。对方程中的粘性部分采用中心差分格式。数值结果表明 :高精度差分格式能在较大的网格雷诺数下较好地计算球头驻点热流  相似文献   

3.
HLL-HLLC格式能够克服HLLC在强激波附近的激波不稳定现象,并且保持了HLLC的低耗散特性,是一种适合更大马赫数范围的近似黎曼求解器。本文从RANS方程出发,将HLL-HLLC近似黎曼求解器结合五阶WENO重构,实现了对无粘通量的高阶离散;同时,采用完全守恒形式的四阶中心差分格式处理粘性项,建立了RANS方程的高阶数值求解格式。通过对四个经典算例,钝头体、ONERA M6机翼、DLR F6-WB翼身组合体和DLR F6-WBNP复杂外形的数值模拟,考察了两种WENO改进格式在复杂流场中的表现,研究了高阶格式的收敛特性;给出了在复杂流动中WENO自由参数的推荐值,以增强求解的收敛性。算例结果表明,本文构造的高阶格式鲁棒性好,能够显著改善激波位置和激波强度,捕获更丰富的流场细节,满足复杂工程应用需求。  相似文献   

4.
基于HLL-HLLC的高阶WENO格式及其应用研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
HLL-HLLC格式能够克服HLLC在强激波附近的激波不稳定现象,并且保持了HLLC的低耗散特性,是一种适合更大马赫数范围的近似黎曼求解器。本文从RANS方程出发,将HLL-HLLC近似黎曼求解器结合五阶WENO重构,实现了对无粘通量的高阶离散;同时,采用完全守恒形式的四阶中心差分格式处理粘性项,建立了RANS 方程的高阶数值求解格式。通过对四个经典算例,钝头体、 ONERA M6机翼、DLR F6-WB翼身组合体和DLR F6-WBNP复杂外形的数值模拟,考察了两种WENO改进格式在复杂流场中的表现,研究了高阶格式的收敛特性;给出了在复杂流动中 WENO自由参数的推荐值,以增强求解的收敛性。算例结果表明,本文构造的高阶格式鲁棒性好,能够显著改善激波位置和激波强度,捕获更丰富的流场细节,满足复杂工程应用需求。  相似文献   

5.
本文用有限差分法计算混流式可逆水力机械水泵工况叶片表面的三维边界层。水泵叶轮中主流区的三维势流由直接边界元法计算。对于叶片面附近的粘性流动。用三维半正交坐标系中的边界层方程表示。为了提高计算精度采用贴体坐标技术生成边界层区域的计算网格。并利用Cebeci等变换函数及Keller差分格式离散方程。用分块解法求解。计算叶轮叶片表面的压力分布与相应试验结果进行了对比。  相似文献   

6.
高雷诺数下求解NS方程的无网格算法   总被引:1,自引:0,他引:1  
提出了一种适合高雷诺数NS方程求解的隐式无网格算法。针对高雷诺数粘性流动的特点,在附面层内的粘性影响区域采用法向层次推进布点的方法形成离散点云,在附面层外的计算区域内实行填充式布点的方法形成离散点云。根据附面层内外点云的不同构造特点,推导出运用格林公式和最小二乘曲面拟合方法求取空间导数的统一形式,在此基础上运用AUSM _up格式求得数值通量,并引入BL湍流模型对雷诺平均NS方程的湍流应力项进行封闭。时间推进格式方面,采用了计算效率较高的隐式高斯-赛德尔迭代算法。为了验证本文方法的计算精度和鲁棒性,对NACA0012翼型低速流动、RAE2822翼型跨音速绕流和二维圆柱的分离流动进行了数值模拟。  相似文献   

7.
HIGH-ORDER DISCONTINUOUS GALERKIN SOLUTION OF N-S EQUATIONS ON HYBRID MESH   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对层流NS方程发展了混合网格上的高阶间断有限元方法,给出了物面边界高阶近似的具体步骤以及近物面弯曲单元的处理方法。对数值离散产生的非线性方程组采用牛顿迭代进行求解,每个牛顿循环采用预处理广义最小余量法求解产生的大型稀疏线性系统。使用该方法得到了典型算例的数值结果,并跟前人的计算结果进行了比较。计算结果表明,混合网格上应用高阶间断有限元方法求解黏性流动具有很好的应用前景。  相似文献   

8.
通过引入全局提升算子和局部提升算子,发展了求解Navier-Stokes方程的间断Galerkin(discontinuousGalerkin,DG)有限元方法的一般框架,并在此框架下给出了几种典型黏性离散格式的具体表达形式.对局部提升算子的求解给出了详细的计算步骤.同时还给出了一种简单有效的计算方法来对物面边界进行高阶近似.为了能够对NS方程进行精度测试,采用对原始系统添加源项的方法构造精确解.二维Euler和NS系统的精度测试表明该方法达到了DG方法的理论精度.二维圆柱无黏绕流的计算结果表明关于物面边界的高阶近似方法能够保持DG方法原有的精度.卡门涡街数值模拟则进一步验证了该方法的正确性并且显示出DG方法较高的计算精度和分辨率.  相似文献   

9.
使用Roe格式计算多维流动问题时,在强激波附近会出现数值激波不稳定现象。带有剪切粘性的HLLEC格式不仅可以捕捉接触间断,而且表现出很好的稳定性。混合Roe格式和HLLEC格式来消除数值激波不稳定性。在强激波附近,通过激波面法向和网格界面法向的夹角来定义开关函数,使得数值通量在激波面横向切换成HLLEC格式。在其余地方,数值通量依然使用Roe格式来计算。数值试验表明,混合格式不仅消除了Roe格式的数值激波不稳定性,还最大程度地减少了HLLEC格式所带来的剪切耗散,保留了Roe格式高分辨率的优点。  相似文献   

10.
N-S方程在非结构网格下的求解   总被引:3,自引:1,他引:3  
在Roe的矢通量差分分裂的基础上,吸收了NND格式的优点,提出了一种非结构网格下求解Euler方程和N-S方程的高分辨率高精度迎风格式.这种格式具有捕捉强激波和滑移线的良好性能.在时间方向上采用了显式和隐式两种解法.文中还给出了自适应技术.最后,成功地完成了GAMM超音速前台阶绕流、二维平板无粘激波反射、三维Hobson叶栅流动、VKI叶栅流动、C3X叶栅流动的数值模拟,得到了满意的结果  相似文献   

11.
New implicit finite difference schemes for solving the time-dependent incompressible Navier-Stokes equations using primitive variables and non-staggered grids are presented in this paper. A priori estimates for the discrete solution of the methods are obtained. Employing the operator approach, some requirements on the difference operators of the scheme are formulated in order to derive a scheme which is essentially consistent with the initial differential equations. The operators of the scheme inherit the fundamental properties of the corresponding differential operators and this allows a priori estimates for the discrete solution to be obtained. The estimate is similar to the corresponding one for the solution of the differential problem and guarantees boundedness of the solution. To derive the consistent scheme, special approximations for convective terms and div and grad operators are employed. Two variants of time discretization by the operator-splitting technique are considered and compared. It is shown that the derived scheme has a very weak restriction on the time step size. A lid-driven cavity flow has been predicted to examine the stability and accuracy of the schemes for Reynolds number up to 3200 on the sequence of grids with 21 × 21, 41 × 41, 81 × 81 and 161 × 161 grid points.  相似文献   

12.
This paper presents a numerical method for solving the two‐dimensional unsteady incompressible Navier–Stokes equations in a vorticity–velocity formulation. The method is applicable for simulating the nonlinear wave interaction in a two‐dimensional boundary layer flow. It is based on combined compact difference schemes of up to 12th order for discretization of the spatial derivatives on equidistant grids and a fourth‐order five‐ to six‐alternating‐stage Runge–Kutta method for temporal integration. The spatial and temporal schemes are optimized together for the first derivative in a downstream direction to achieve a better spectral resolution. In this method, the dispersion and dissipation errors have been minimized to simulate physical waves accurately. At the same time, the schemes can efficiently suppress numerical grid‐mesh oscillations. The results of test calculations on coarse grids are in good agreement with the linear stability theory and comparable with other works. The accuracy and the efficiency of the current code indicate its potential to be extended to three‐dimensional cases in which full boundary layer transition happens. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

13.
不可压N-S方程高效算法及二维槽道湍流分析   总被引:6,自引:1,他引:5  
构造了基于非等距网格的迎风紧致格式,并将其与三阶精度的Adams半隐方法相结合,构造了求解不可压N-S方程高效算法。该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Poisson方程求解压力项,解决了边界处的残余散度问题;同时还利用快速Fourier变换将方程的隐式部分解耦,离散后的代数方程组利用追赶法求解,大大减少了计算量。通过对二维槽道流动的数值模拟,证实了所构造的数值方法具有精度高,稳定性好,能抑制混淆误差等优点,同时具有很高的计算效率,是进行壁湍流直接数值模拟的有效方法。在数值模拟的基础上对二维槽道流动进行了分析,得到了Reynolds数从6000到15000的二维流动饱和态解(所谓“二维槽道湍流”);定性及定量结果均与他人的数值计算结果吻合十分理想。对流场进行了分析,指出了“二维湍流”与三维湍流统计特性的区别。  相似文献   

14.
A generalized formulation is applied to implement the quadratic upstream interpolation (QUICK) scheme, the second-order upwind (SOU) scheme and the second-order hybrid scheme (SHYBRID) on non-uniform grids. The implementation method is simple. The accuracy and efficiency of these higher-order schemes on non-uniform grids are assessed. Three well-known bench mark convection-diffusion problems and a fluid flow problem are revisited using non-uniform grids. These are: (1) transport of a scalar tracer by a uniform velocity field; (2) heat transport in a recirculating flow; (3) two-dimensional non-linear Burgers equations; and (4) a two-dimensional incompressible Navier-Stokes flow which is similar to the classical lid-driven cavity flow. The known exact solutions of the last three problems make it possible to thoroughly evaluate accuracies of various uniform and non-uniform grids. Higher accuracy is obtained for fewer grid points on non-uniform grids. The order of accuracy of the examined schemes is maintained for some tested problems if the distribution of non-uniform grid points is properly chosen.  相似文献   

15.
基于贴体网格的VOF方法数模流场研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
提出了一种基于VOF方法的模拟具有复杂边界形状结构物附近流场的新算法,BFC—SIMPLE—VOF算法。采用坐标变换方法实现了任意复杂区域的结构化网格划分,在贴体网格下对二维不可压缩粘性流体的控制方程进行了离散。提出了基于交错网格的修正SIMPLE算法来迭代求解压力一速度场,修正了贴体坐标下的界面跟踪方法(VOF方法)...  相似文献   

16.
空腔流动存在剪切层运动、涡脱落与破裂,以及激波与激波、激波与剪切层、激波与膨胀波和激波/涡/剪切层相互干扰等现象,流动非常复杂,特别是高马赫数(M>2)时,剪切层和激波更强,激波与激波干扰更严重,对数值格式的要求更高,既需要格式耗散小,对分离涡等有很高的模拟精度,又需要格式在激波附近具有较大的耗散,可以很好地捕捉激波,防止非物理解的出现。Roe和HLLC等近似Riemann解格式在高马赫数强激波处可能会出现红玉现象,而HLLE++格式大大改善了这种缺陷,在捕捉高超声速激波时避免了红玉现象的发生,同时还保持在光滑区域的低数值耗散特性。本文在结构网格下HLLE++格式的基础上,通过改进激波探测的求解,建立了基于非结构混合网格的HLLE++计算方法,通过无粘斜坡算例,验证了HLLE++格式模拟高马赫数流动的能力,并应用于高马赫数空腔流动的数值模拟,开展了网格和湍流模型影响研究,验证了方法模拟高马赫数空腔流动的可靠性和有效性。  相似文献   

17.
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   

18.
Shock wave reflection over a rotating circular cylinder is numerically and experimentally investigated. It is shown that the transition from the regular reflection to the Mach reflection is promoted on the cylinder surface which rotates in the same direction of the incident shock motion, whereas it is retarded on the surface that rotates to the reverse direction. Numerical calculations solving the Navier-Stokes equations using extremely fine grids also reveal that the reflected shock transition from RR MR is either advanced or retarded depending on whether or not the surface motion favors the incident shock wave. The interpretation of viscous effects on the reflected shock transition is given by the dimensional analysis and from the viewpoint of signal propagation.Received: 24 April 2002, Accepted: 16 August 2002, Published online: 25 March 2003  相似文献   

19.
Sun  M.  Takayama  K. 《Shock Waves》2003,13(1):25-32
In numerical simulation of the Euler equations, the slipstream or shear layer that appears behind a diffracted shock wave may develop small discrete vortices using fine computational meshes. Similar phenomena were also observed in the simulation of a Mach reflection that is accompanied by a shear layer. However, these small vortices have never been observed in any shock-tube experiment, although the wave pattern and the shape of the main vortex agree very well with visualization results. Numerical solutions obtained with coarse grids may agree better with experimental photos than those with very fine grids because of the pollution of the small vortices. This note tries to investigate the effect of viscosity on the small vortices by comparing the solutions of the laminar Navier-Stokes equations and the turbulence model. It is found that the small vortices are still observed in the solution of the laminar Navier-Stokes equations, although they can be suppressed by using the turbulence model. Numerical and experimental factors that are responsible for the deviation of the laminar solutions from experimental results are discussed. The secondary vortex in shock diffraction is successfully simulated by solving the Navier-Stokes equations.Received: 28 March 2003, Accepted: 6 May 2003, Published online: 11 June 2003  相似文献   

20.
钝锥三维粘性绕流背风面分离的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
傅德薰  马延文 《力学学报》1991,23(2):129-138
本文将作者在文献[1]中提出的方法推广应用于求解三维可压缩 N-S 方程和简化 N-S 方程,并对近似因式分解法应用于三维问题的稳定性进行了分析。指出,对二维问题原无条件稳定的格式,经近似因式分解后仍是无条件稳定的;对于三维问题,原无条件稳定的格式经普通近似因式分解后所得到的格式可能是不稳定的或条件稳定的。利用系数矩阵分裂法所得到的近似因式分解格式可仍是无条件稳定的,只要适当加大分裂后的系数反差即可。 文中给出了钝锥超音速三维粘性绕流结果。得到了背风面分离的流动图像,物面压力值与实验值吻合。  相似文献   

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