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.     

ALE框架下几种不同Godunov型格式的数值比较

给出一种有限体积Godunov型的ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题.由于方法具有任意的网格移动速度,可在拉氏、欧氏和ALE之间切换,具有较强的适应性.通过数值算例对这3种框架下的数值特性进行了比较研究.同时还研究了几种不同Godunov型格式的数值行为特性,分析比较了它们对激波和接触间断的分辨效果.     

加权ENO格式的构造及数值模拟

将加权ENO格式推广到非结构三角形网格上,构造了一类加权ENO有限体积格式,提出的插值多项式的构造方式,可以减少计算时间.对于出现的病态方程组,给出了解决方法.此外还给出了插值点的选取方式及加权因子的构造方法.结合三阶TVD Runge Kutta时间离散,对二维欧拉方程组进行了数值试验.     

黏性激波管的有限体积WENO格式数值模拟

本文采用OpenFOAM软件下实现的一种可实现任意阶数,可应用于非结构网格的有限体积WENO格式对黏性激波管问题进行模拟.模拟中对流项离散采用3阶精度、4阶精度该类WENO格式,网格形式采用结构网格和三角形非结构网格.结果表明,采用该类格式,三角形非结构网格的算精度、效率优于结构网格,3阶精度格式计算效率优于4阶精度....     

非结构网格的高精度有限体积离散格式

本文针对单元中心非结构网格有限体积算法,通过构造上游虚节点和局部一维坐标,将结构化网格中常用的规正变量(NVSF)和总变差消失通量限制器(TVD FL)两种形式的传统高精度格式移植到非结构网格中。为了提高虚节点的插值精度,使用最小二乘法计算单元中心的变量梯度。经典算例考核并与商业软件FLUENT结果的比较表明,本文对非结构网格的高精度格式移植成功有效。     

求解可压缩流的高精度非结构网格WENO有限体积法

提出-种基于最小二乘重构和WENO限制器的非结构网格高精度有限体积方法.用中心网格的某些邻居网格建立重构多项式,给出-定的原则搜索和存储足够多的邻居网格以建立重构多项式,采用最小二乘法求解重构多项式的系数.用-种通用的方法控制重构邻居个数,以减少存储和计算,采用WENO限制器和旋转Riemann求解器以达到统-的高精度并且抑制守恒律方程求解中的非物理振荡.为检验上述算法,以基于节点的梯度重构,Bath and Jesperson限制器的二阶算法为基准,给出三阶和四阶格式与二阶格式以及高阶格式若干经典算例计算结果的对比和分析.     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.     

非结构网格上的B-B单方程模型湍流计算

研究如何在非结构网格上进行Navier Stokes(N-S)方程湍流计算.采用格心有限体积方法离散N-S方程.为了适应非结构网格,计算所用的湍流模型特别选用Baldwin Barth(B-B)单方程模型.此模型由一个单一的具有源项的对流扩散方程组成.为了能在非结构网格上求解B B单方程模型,提出一显式有限体积格式,并直接对带源项的格式进行稳定性分析,得到了相应的时间步长限制条件.最后以平板、RAE 2822翼型、多段翼型绕流等数值算例验证了计算方法的有效性.     

基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法

提出一个求解二维无粘Lagrange流体力学方程的中心型有限体积方法.采用特征理论求解网格节点处的速度及压力,并利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.方法适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验的结果表明,格式具有较好的收敛性、对称性、能量守恒性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.     

二维非结构网格有限体积格式的壁热现象和人工热流方法

基于Noh人工热流方法的思想,推导出任意多边形网格人工热流的格式,将Noh的结构网格人工热流方法推广到任意多边形非结构网格的拉氏有限体积方法中,抑制或消除了壁热现象.几个数值实验,包括Noh激波反射问题和两块钢金属碰撞问题,验证了方法的可行性.     

Interpolation-free monotone finite volume method for diffusion equations on polygonal meshes

We developed a new monotone finite volume method for diffusion equations. The second-order linear methods, such as the multipoint flux approximation, mixed finite element and mimetic finite difference methods, are not monotone on strongly anisotropic meshes or for diffusion problems with strongly anisotropic coefficients. The finite volume (FV) method with linear two-point flux approximation is monotone but not even first-order accurate in these cases. The developed monotone method is based on a nonlinear two-point flux approximation. It does not require any interpolation scheme and thus differs from other nonlinear finite volume methods based on a two-point flux approximation. The second-order convergence rate is verified with numerical experiments.     

Optimal Bicubic Finite Volume Methods on Quadrilateral Meshes

In this paper, an optimal bicubic finite volume method is established and analyzed for elliptic equations on quadrilateral meshes. Base on the so-called elementwise stiffness matrix analysis technique, we proceed the stability analysis. It is proved that the new scheme has optimal$\mathcal{O}(h^3)$ convergence rate in $H^1$ norm. Additionally, we apply this analysis technique to bilinear finite volume method. Finally, numerical examples are provided to confirm the theoretical analysis of bicubic finite volume method.     

基于SNGR方法的后缘噪声数值模拟

采用随机噪声产生和传播(SNGR)方法对后缘噪声进行数值模拟.SNGR方法结合随机方法和计算流体力学,耗费较少的计算资源就可以预测噪声水平.数值模拟时采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程;采用有限差分法求解声学扰动方程,数值格式采用色散关系保持(DRP)格式,远场边界条件采用无反射边界条件.以二维平板和NACA0012翼型为例,编制程序,与参考结果对比表明,程序可以预测后缘噪声.     

一维双曲守恒律的龙格-库塔控制体积间断有限元方法

给出数值求解一维双曲守恒律方程的新方法——龙格-库塔控制体积间断有限元方法(RKCVDFEM),其中空间离散基于控制体积有限元方法,时间离散基于二阶TVB Runge-Kutta技术,有限元空间选取为分段线性函数空间.理论分析表明,格式具有总变差有界(TVB)的性质,而且空间和时间离散形式上具有二阶精度.数值算例表明,数值解收敛到熵解并且对光滑解的收敛阶是最优的,优于龙格-库塔间断Galerkin方法(RKDGM)的计算结果.     

A New Finite Volume Element Formulation for the Non-Stationary Navier-Stokes Equations

A semi-discrete scheme about time for the non-stationary Navier-Stokes equations is presented firstly, then a new fully discrete finite volume element (FVE) formulation based on macroelement is directly established from the semi-discrete scheme about time. And the error estimates for the fully discrete FVE solutions are derived by means of the technique of the standard finite element method. It is shown by numerical experiments that the numerical results are consistent with theoretical conclusions. Moreover, it is shown that the FVE method is feasible and efficient for finding the numerical solutions of the non-stationary Navier-Stokes equations and it is one of the most effective numerical methods among the FVE formulation, the finite element formulation, and the finite difference scheme.     

粘性流动的局部隐式有限元解法

粘性流动的局部隐式有限元解法依凤鸣，吴遇春（哈尔滨工业大学动力系哈尔滨１５Ｏ００１）关键词粘性流动，局部隐式有限元法，Ｎ．Ｓ．方程１引言有限元法具有对复杂几何边界适应性强，对流场内变量梯度大的区域计算精度高以及易于编制大型通用程序等特点，已经成了叶轮...     

A novel coupled level set and volume of fluid method for sharp interface capturing on 3D tetrahedral grids

We present a new three-dimensional hybrid level set (LS) and volume of fluid (VOF) method for free surface flow simulations on tetrahedral grids. At each time step, we evolve both the level set function and the volume fraction. The level set function is evolved by solving the level set advection equation using a second-order characteristic based finite volume method. The volume fraction advection is performed using a bounded compressive normalized variable diagram (NVD) based scheme. The interface is reconstructed based on both the level set and the volume fraction information. The novelty of the method lies in that we use an analytic method for finding the intercepts on tetrahedral grids, which makes interface reconstruction efficient and conserves volume of fluid exactly. Furthermore, the advection of volume fraction makes use of the NVD concept and switches between different high resolution differencing schemes to yield a bounded scalar field, and to preserve both smoothness and sharp definition of the interface. The method is coupled to a well validated finite volume based Navier–Stokes incompressible flow solver. The code validation shows that our method can be employed to resolve complex interface changes efficiently and accurately. In addition, the centroid and intercept data available as a by-product of the proposed interface reconstruction scheme can be used directly in near-interface sub-grid models in large eddy simulation.     

求解对流-扩散-反应问题的改进有限积分法

将求解偏微分方程的有限积分法应用于对流-扩散-反应问题,发现对于非对流占优的对流扩散问题,有限积分法的精度比QUICK法高一个数量级,比传统的有限体积法高两个数量级.处理对流占优的对流-扩散-反应问题时,对流项的离散时引进加权参数,通过调节该参数反映输运的方向性.结果表明这种改进的有限积分法的精度比传统的有限体积法至少高四个数量级,同时明显改进了原来的有限积分法的精度和稳定性.对于对流占优的对流-扩散-反应问题,即使采用粗网格,计算结果也未出现非物理振荡现象,表明改进的有限积分法具有很好的稳定性.     

三维高超声速无粘定常绕流的数值模拟

本文采用一种简单有效的通量分裂结合一种二阶TVD格式的数值通量的方法,提出一种隐式的迎风有限体积格式,并利用这种格式,从气体动力学非定常Euler方程组出发,数值模拟了三维不对称物体的高超声速无粘定常绕流。数值结果表明此格式具有分辨率较高和收敛速度较快的优点。