Lagrange非结构网格高阶交错型守恒气体动力学格式

提出Lagrange(拉格朗日)非结构网格高阶交错型守恒气体动力学格式.用产生于当前时刻子网格密度和网格声速的子网格压力和MUSCL方法构造了高阶子网格力,利用高阶子网格力构造了高阶空间通量,借助时间中点通量的Taylor(泰勒)展开完成了高阶时间通量离散.研制了Lagrange非结构网格高阶交错型守恒气体动力学格式.对Saltzman活塞问题等进行了数值模拟,数值结果显示了Lagrange非结构网格高阶交错型守恒气体动力学格式的有效性和精确性.     

非结构网格上求解二维H-J方程的一种WENO格式

基于WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)的思想,提出了一种在非结构网格上求解二维Hamilton-Jacobi(简称H-J)方程的数值方法.该方法利用Abgrall提出的数值通量,在每个三角形单元上构造三次加权插值多项式,得到了一个求解H-J方程的高阶精度格式.数值实验结果表明,该方法计算速度较快,具有较高的精度,而且对导数间断有较高的分辨率.     

Lagrange柱坐标高阶中心型守恒格式

提出Lagrange柱坐标高阶中心型守恒格式.基于用对守恒律的单调迎风算法(MUSCL)构造的高阶子网格压力,引入了柱坐标高阶体权子网格力和柱坐标高阶面权子网格力,构造了柱坐标高阶体权中心型守恒格式和柱坐标高阶面权中心型格式.柱坐标高阶体权中心型守恒格式满足动量守恒、能量守恒,但不能确定保持一维球对称性.柱坐标高阶面权中心型格式满足能量守恒,保持一维球对称性.两种格式里,格点速度以与网格面的数值通量相容的方式计算.对Saltzman活塞问题等进行了数值模拟,数值结果显示Lagrange柱坐标高阶中心型守恒格式的有效性和精确性.     

流体力学方程组的总熵增量小的守恒型差分格式(续)

近年来,国外许多学者对求解双曲守恒律组的高分辨率、高精度差分格式进行了深入的研究.例如MUSCL方法、TVD格式、PPM方法、各种限流的方法以及ENO格式等等.将这些方法应用于流体力学方程组,其数值实践的结果表明,在消除波后振荡、提高激波间断分辨率、提高计算精度等方面有明显的效果.在设计这些计算格式时,通常都是研究单个标量方程的计算格式,再推广到方程组的情形.同时,或者对数值解的总变差提出某种要求(不增或基本不增),或者采用修正数值流措施,或者采用插值或重构的方法,在网格内部用线性分布和更高阶的分布取代Godunov方法中的常数分布,以及处理相应的小范围的解的算法.     

求解Euler方程的高精度熵相容格式

熵相容格式相比于一般的熵稳定格式进一步控制了激波处的熵增量,一维情况下能有效消除膨胀激波及间断处的伪振荡等现象.对于Euler方程,可以通过对特征变量进行WENO重构以获得高阶熵相容格式的数值粘性项,然后与高阶熵守恒格式结合得到高精度熵相容格式,在WENO重构过程中的权重关于特征变量是非线性的,这导致了大量的向量内积运算.通过用压强和熵代替特征变量来计算权重,可以显著减少重构的计算量,并且数值算例表明这种权重的计算方式能很好地保持数值格式的高阶精度和基本无振荡的效果.     

激波捕捉差分方法研究

在迎风型格式和矢通量分裂技术的基础之上,对捕捉激波方法进行一种新的尝试．该方法首先对原始格式在特征方向上进行投影,然后用限制器对这些特征分量的变化幅值进行限制以抑止非物理波动,最后再把它转换成守恒形式,得到了基本上无振荡的激波捕捉格式．用该方法对两种迎风显示格式(二阶和三阶)和3种迎风紧致格式(三阶、五阶和七阶)进行处理,并在一维和二维的情况下进行了应用测试．通过与高阶WENO、MP、Compact-WENO等格式的比较,表明该方法在光滑捕捉激波的前提下仍有较高精度和分辨率．     

高阶精度耗散加权紧致非线性格式

基于构造耗散紧致线性格式的方法,发展了新的高阶精度耗散加权紧致非线性格式(DWCNS). 通过Fourier分析方法讨论了DWCNS的耗散与色散特性. 从修正波数来看,DWCNS 在光滑区的精度与显式迎风偏斜的5阶精度格式接近. 发展了边界格式和靠近边界格式,分析了均匀网格和拉伸网格上的渐近稳定性,并讨论了在多维Euler方程和Navier-Stokes方程中的应用. 几个典型的无黏/有黏算例表明DWCNS对间断有很好的捕捉能力,对边界层的分辨精度也很高,并具有很好的收敛性（含有强激波流场计算,其均方根残差可以收敛到机器零）,尤其是在网格设计合理的情况下能抑制TVD和ENO格式均无法克服的涡量场的非物理波动.     

超音速探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统的大涡模拟研究

研究了Mach数为2时,流场不同块结构自适应网格加密精度对探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统的气动减速性能以及流场结构特性的影响.对于非定常可压缩流体流动,采用了兼顾激波与湍流的WENO(weighted essentially non-oscillatory)和TCD(tuned center difference)混合计算格式以及拉伸涡亚格子模型的大涡模拟方法.结果表明:在较低的流场块结构自适应网格分辨率下,是难以准确模拟计算降落伞系统重要的气动阻力系数和捕捉流场流动特征细节的.随后验证了流场自适应网格的收敛性.     

超声速流场中6自由度物体运动的模拟研究

物体在流场中自由运动的模拟有很广泛的应用,文章描述计算6自由度(6DOF)刚体在超声速流场中自由运动的一种方法.流体部分求解LES方程,亚网格模型为拉伸涡模型.激波和刚体边界周围区域采用迎风型WENO格式,湍流区域采用低数值耗散的TCD格式.时间推进采用三阶的SSP R-K法.刚体采用6自由度模型,刚体姿态用四元数来表示,控制方程为常微分方程,采用四阶Runge-Kutta法求解.文章给出若干算例来验证程序的有效性,结果理想.     

扩展型动网格的Chebyshev有限谱方法

给出了基于非均匀网格的Chebyshev有限谱方法．提出了可生成两种类型扩展型动网格的均布格式．一种类型的网格被用来提高波面附近的分辨率,另一种类型则用在梯度较大的流动区域．由于采用Chebyshev多项式作为基函数,该方法具有高阶精度．从上个时间步到当前时间步,两套不均匀网格间的物理量采用Chebyshev多项式插值．为使方法在时间离散方面保持高精度,采用了Adams-Bashforth预报格式和Adams-Moulton校正格式．为了避免由Korteweg-deVries(KdV)方程的弥散项引起的数值振荡,给出了一种非均匀网格下的数值稳定器．给出的方法与具有分析解的Burgers方程的非线性对流扩散问题和KdV方程的单孤独波和双孤独波传播问题进行了比较,结果非常吻合．     

Central ADER schemes for hyperbolic conservation laws

In this paper we first briefly review the very high order ADER methods for solving hyperbolic conservation laws. ADER methods use high order polynomial reconstruction of the solution and upwind fluxes as the building block. They use a first order upwind Godunov and the upwind second order weighted average (WAF) fluxes. As well known the upwind methods are more accurate than central schemes. However, the superior accuracy of the ADER upwind schemes comes at a cost, one must solve exactly or approximately the Riemann problems (RP). Conventional Riemann solvers are usually complex and are not available for many hyperbolic problems of practical interest. In this paper we propose to use two central fluxes, instead of upwind fluxes, as the building block in ADER scheme. These are the monotone first order Lax-Friedrich (LXF) and the third order TVD flux. The resulting schemes are called central ADER schemes. Accuracy of the new schemes is established. Numerical implementations of the new schemes are carried out on the scalar conservation laws with a linear flux, nonlinear convex flux and non-convex flux. The results demonstrate that the proposed scheme, with LXF flux, is comparable to those using first and second order upwind fluxes while the scheme, with third order TVD flux, is superior to those using upwind fluxes. When compared with the state of art ADER schemes, our central ADER schemes are faster, more accurate, Riemann solver free, very simple to implement and need less computer memory. A way to extend these schemes to general systems of nonlinear hyperbolic conservation laws in one and two dimensions is presented.     

同位非结构和结构网格摄动有限体积法（PFV）求解二维Navier-Stokes方程组

根据NS方程组的一阶迎风和二阶中心有限体积（UFV和CFV）格式,导出NS方程组迎风和中心摄动有限体积(UPFV和CPFV)格式．该格式通过把控制体界面质量通量摄动展开成网格间距的幂级数,并由守恒方程本身求得幂级数系数而获得．迎风和中心摄动有限体积格式使用了与一阶迎风和二阶中心格式相同的基点数和相同的表达形式,宜于计算机编程．顶盖驱动方腔流和驻点流标量输运的数值实验证明,迎风PFV格式比一阶UFV、二阶CFV格式有更高的精度,更高的分辨率．尤其是良好的鲁棒特性．对顶盖驱动方腔流,在Re数从102到104范围内,亚松弛系数可在0.3～0.8任取,收敛性能良好．     

气动计算中的紧致格式与迎风紧致格式

§1.引言 巨型计算机的发展为解决流体力学问题提供了强有力的手段.由于我们所面临的问题日趋复杂,在今天如何提高数值模拟精度和提高求解效率仍是计算流体力学工作者面临的重要课题. 自Beam和Warming提出隐式求解法以来,NS方程的求解效率大为提高.此后人们在这方面作了很多工作,如在[2]中利用线Gauss-Seidel迭代法加快了迭代的收     

油藏数值模拟中动边值问题的迎风差分格式

考虑了三维油藏数值模拟中的动边值问题,对压力方程,给出中心差分格式;对饱和度方程给出隐式迎风差分格式及修正的迎风差分格式,并证明了格式的收敛性。数值算例与理论结果是一致的。     

在非均匀网格上解椭圆—双曲型偏微分方程奇异摄动问题

本文考察了椭圆一双曲型偏微分方程奇异摄动问题(1.1),证明了迎风差分格式在一特殊的非均匀网格上是一阶一致收敛的.最后给出了一些数值结果.     

THE UPWIND FINITE ELEMENT SCHEME AND MAXIMUM PRINCIPLE FOR NONLINEAR CONVECTION-DIFFUSION PROBLEM

In this paper, a kind of partial upwind finite element scheme is studied for twodimensional nonlinear convection-diffusion problem. Nonlinear convection term approximated by partial upwind finite element method considered over a mesh dual to the triangular grid, whereas the nonlinear diffusion term approximated by Galerkin method. A linearized partial upwind finite element scheme and a higher order accuracy scheme are constructed respectively. It is shown that the numerical solutions of these schemes preserve discrete maximum principle. The convergence and error estimate are also given for both schemes under some assumptions. The numerical results show that these partial upwind finite element scheme are feasible and accurate.     

An upwind finite volume scheme and its maximum‐principle‐preserving ADI splitting for unsteady‐state advection‐diffusion equations

We develop an upwind finite volume (UFV) scheme for unsteady‐state advection‐diffusion partial differential equations (PDEs) in multiple space dimensions. We apply an alternating direction implicit (ADI) splitting technique to accelerate the solution process of the numerical scheme. We investigate and analyze the reason why the conventional ADI splitting does not satisfy maximum principle in the context of advection‐diffusion PDEs. Based on the analysis, we propose a new ADI splitting of the upwind finite volume scheme, the alternating‐direction implicit, upwind finite volume (ADFV) scheme. We prove that both UFV and ADFV schemes satisfy maximum principle and are unconditionally stable. We also derive their error estimates. Numerical results are presented to observe the performance of these schemes. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Numer Methods Partial Differential Eq 19: 211–226, 2003     

扩散系数为矩阵形式的两相混溶驱动问题的修正迎风差分格式

1　引　　言油藏数值模拟对油田开发意义重大 .两相不可压缩混溶驱动问题 ,其数学模型是一组非线性偏微分方程 ,其中的压力方程是一椭圆型方程 ,饱和度方程是一对流扩散方程 .由于对流为主的扩散方程具有双曲特性 ,中心差分格式虽关于空间步长具有二阶精度 ,但会产生数值弥散和非物理力学特性的数值振荡 ,使数值模拟失真 .特征方法与标准的有限差分方法结合起来可以较好地反映出对流扩散方程的一阶双曲特性 ,从而减少误差 ,提高计算精度[1 ] .在周期性假定下 ,美国数学家 Jim Douglas,Jr教授分别对压力方程采用混合元格式[2 ] 和五点差分…     

An Upwind Difference Scheme and Its Corresponding Boundary Scheme

An upwind difference scheme was given by the author in [5] for the numerical solution of steady-state problems. The present work studies this upwind scheme and its corresponding boundary scheme for the numerical solution of unsteady problems. For interior points the difference equations are approximations of the characteristic relations; for boundary points difference equatons are approximations of the characteristicrelations corresponding to the outgoing characteristics and the "non-reflecting" boundary conditions. Calculation of a Riemann problem in a finite computational region yields promising numerical results.