求解双曲守恒律方程的高分辨率熵稳定格式

熵稳定格式从物理概念出发,保证总熵关于时间耗散,在计算过程中无需进行熵修正,有效避免如膨胀激波,负压力等非物理现象,显示出独特的优点.通过插入限制器和在单元交界面处进行高阶重构,得到一类高分辨率的熵稳定格式.算例结果表明,格式具有可靠性,高精度和基本无振荡性等特点.     

基于非结构四边形网格的WENO格式

基于非结构四边形网格发展求解双曲守恒律的三阶加权基本无振荡（WENO）格式.针对任意非结构四边形网格选取重构模板,并给出基于线性多项式的三阶线性重构.但对于一般的非结构四边形网格,会出现非常大的线性权和负权,使得非线性重构的WENO格式对光滑问题也不稳定.本文给出一个处理非常大的线性权的优化重构方法,对优化后得到的负线性权采用分裂方法进行处理.对于非线性权,提出一种考虑局部网格和物理量间断的新光滑度量因子.采用优化重构方法和新的非线性权,当前的三阶WENO格式在质量很差的网格上也具有很好的稳定性.理论的三阶精度在数值精度测试算例中得到验证,同时一范数和无穷范数的误差绝对值不依赖于网格质量;具有强间断的数值结果证明了当前格式的有效性.     

求解双曲守恒律方程的高分辨率熵相容格式

为提高熵相容格式的精度,利用限制器机制构造高分辨率格式,将构造的通量限制器插入熵相容格式,得到一类高分辨率熵相容格式.构造Euler方程高分辨率熵相容格式时,对熵相容格式中的几个参数做简单调整,提高了接触间断处的分辨率.将所得格式的数值结果与熵相容格式的数值结果比较表明,构造的高分辨率熵相容格式具有稳健和基本无振荡等特性.     

单个守恒型方程熵耗散格式中熵耗散函数的构造

对于一维单个守恒律方程,文[8]设计了一种非线性守恒型差分格式.此格式为二阶Godunov型的,用的是分片线性重构(reconstruction),重构函数的斜率是根据熵耗散得到的.格式满足熵条件.与传统的守恒格式不同的是此格式在计算过程中不仅用到了数值解还用到了数值熵.在此格式中一个所谓的熵耗散函数起到了很重要的作用,它在每一个网格的计算中耗散熵,以保证格式满足熵条件.文[8]中设计的熵耗散函数比较复杂,并且不是很完善.故数值地分析了在格式的构造中为何应给熵以一定的耗散,及应耗散多少.并且给出了一个新的以数值解的二阶差分作为基本模块的熵耗散函数.最后给出了相应的数值算例.     

双曲型守恒律的一种三阶半离散中心迎风格式

对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge-Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,避免了特征分解过程,保持了中心格式简单的优点.数值算例验证本方法可进一步减小数值耗散,提高分辨率.     

反应流体的移动网格动理学格式

在移动网格上构造一种反应流的动理学格式.首先利用BGK模型推导含化学反应的流体力学方程组,并利用其积分形式构造移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度,最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.一维与二维的数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.     

基于WENO重构的高阶移动网格动理学格式

提出一种基于WENO重构的高阶(至少三阶)移动网格动理学格式.利用流体力学方程的积分形式得到移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度,利用WENO重构得到高阶插值多项式,最后使用时间方向上精确的动理学数值方法构造数值通量,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精度、高分辨率的特点.     

二维交错网格的GAUSS型格式

利用Gauss型求积公式在交错网格的情况下构造了一类不需解Riemann问题的求解二维双曲守恒律的二阶显式Gauss型差分格式,该格式在CFL条件限制下为MmB格式.并将格式推广到二维方程组,进行了数值试验.     

基于熵条件二阶差分格式的嵌套网格分区算法

以带熵条件的二阶TVD格式为基本格式,设计了三维曲线坐标下的Euler方程数值计算方法.对多个物体使用分区嵌套网格设计了相应的分区算法.所建立的算法适用于处理物体相互分离以及相互接触的定常与非定常流动问题.给出了绕两圆柱的超声速流动在两圆柱处于不同位置时的详细结果,并模拟了装配鸭舵火箭弹在超声速旋转飞行时的气动特性.     

交错网格下MHD相容守恒格式的发展

在低磁场雷诺数条件下,基于电势泊松方程,发展了交错网格下可以精确计算电流和洛伦兹力(电磁力)的相容守恒格式。采用压力为变量的原始变量法求解不可压缩Navier-Stokes方程,所计算的电流满足电荷守恒定律,所计算的电磁力满足动量守恒定律。对金属流体在Hartmann数50~5000范围内验证了格式的精确性。交错网格下相容守恒格式的发展为后续MHD稳定性分析、湍流的大涡模拟及直接数值模拟提供很好的选择。     

求解双曲型守恒律方程的一类自适应多分辨方法

针对双曲型守恒律方程问题,发展一种有效的自适应多分辨分析方法.通过对嵌套网格上的数值解构造离散多分辨分析,建立小波系数与多层嵌套网格点之间的对应关系.对于小波系数较大的网格点采用高精度WENO格式计算,其余区域则直接采用多项式插值.数值试验表明,该方法在保持原规则网格方法的精度和分辨率的同时,显著地减少计算的CPU时间.     

双曲型守恒律的一种高精度TVD差分格式

构造了一维双曲型守恒律方程的一个高精度高分辨率的守恒型TVD差分格式.其主要思想是:首先将计算区域划分为互不重叠的小单元,且每个小单元再根据希望的精度阶数分为细小单元;其次,根据流动方向将通量分裂为正、负通量,并通过小单元上的高阶插值逼近得到了细小单元边界上的正、负数值通量,为避免由高阶插值产生的数值振荡,进一步根据流向对其进行TVD校正;再利用高阶Runge KuttaTVD离散方法对时间进行离散,得到了高阶全离散方法.进一步推广到一维方程组情形.最后对一维欧拉方程组计算了几个算例.     

双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式

给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不用求解Riemann问题,避免进行特征分解.用该格式对一维和二维Euler方程进行数值试验,结果表明该格式是高精度、高分辨率的.     

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.     

守恒律方程组的大时间步长叠波格式

大时间步长叠波格式最初思想为LeVeque提出的大时间步长Godunov格式,通过叠加间断分解发出的强波来构造数值格式.原方法只给出了间断强波的穿越叠加方法,文章对其进行了完善,并推广到多维.针对膨胀波提出了一种网格单元分解法可以自动满足熵条件,避免出现非物理解.给出了格式的具体计算公式,并用单个守恒律方程、一维/多维Euler方程组进行了数值计算.计算结果表明,新格式除了可以采用大时间步长的优点外,在一定范围内随CFL数增加其耗散反而更低,因而对激波接触间断膨胀波的分辨率更高.     

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.     

Nonlinear Self-Adjointness and Conservation Laws for the Hyperbolic Geometric Flow Equation

We study the nonlinear self-adjointness of a class of quasilinear 2D second order evolution equations by applying the method of Ibragimov. Which enables one to establish the conservation laws for any differential equation. We first obtain conditions determining the self-adjointness for a sub-class in the general case. Then, we establish the conservation laws for hyperbolic geometric flow equation on Riemman surfaces.