求解N-S方程的多边形网格与三角形网格对比

本文介绍了基于边的数据结果离散对流扩散方程的方法,编制了适用于任意多边形单元网格的有限容积法计算程序,利用方腔自然对流、外掠后台阶和移动顶盖驱等算例考察了三角形网格与多边形网格在数值计算方面的性能差别.结果表明,采用三角形网格收敛较慢且不容易获得网格无关的解,而采用与三角形网格对偶的多边形网格则收敛较快且易获得网格无关的解.     

二维不可压流函数N-S方程的多重网格方法

通过对二维不可压缩N-S方程的涡量-流函数方程组消去涡量而得到仅以流函数为求解变量的控制方程,从而 使不可压N-S方程的求解个数减到最少。求解方法采用本文提出的二阶精度的九节点紧致差分格式,因此无须对靠近边 界的网格点作特殊处理。为了加快迭代收敛速度,采用多重网格加速技术。数值实验结果验证了方法的精确性和可靠性。     

非结构混合网格上的NS方程求解方法

提出了一套较为通用的,完全自动化的非结构混合网格生成方法.在物面粘性作用区,采用一种改进的推进层方法生成三棱柱形和金字塔形网格;在其他流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格.采用一种改进精度的格心有限体积法对三维NS方程进行了求解,在加速收敛措施方面,提出了一种新的当地时间步长取定方法来减小质量较差的网格单元对流场计算稳定性和收敛速度的不利影响.以M6机翼和DLR/F4翼身组合体外形的粘性流场作为数值算例,验证了上述网格生成和流场求解方法的正确性和实用性.     

求解非定常不可压N-S方程的预处理方法

应用预处理技术,对不可压非定常N-S方程使用双时间推进法求解.当沿物理时间层推进时,连续性方程和动量方程沿伪时间方向使用隐式线Gauss-Seidel迭代法求解,对流项采用三阶迎风差分法离散.通过对不同Reynolds数、不同深宽比下非定常驱动腔内流动的模拟,数值研究了预处理法计算非定常不可压粘性流动的收敛特性,分析了沿伪时间层的迭代收敛速度对流场Reynolds数的依赖特征.     

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.     

求解多维欧拉方程的二阶非结构网格混合旋转Riemann求解器

将基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法推广到非结构网格,采用基于网格中心的有限体积法,梯度的计算采用基于节点的方法引入更多的控制体模板,限制器的构造采用与非结构化网格相适应的形式.在求解Riemann问题时,沿具有一定物理意义的两个迎风方向,即控制体界面两侧速度差矢量方向及与之正交的方向.能够完全消除基于Riemann求解器的通量差分裂格式存在的激波不稳定或"红斑"现象.为减小计算量,采用HLL和Roe FDS混合旋转格式.     

用非结构网格与欧拉方程计算复杂区域的二维流动

提出用Delaunay三角化方法生成非结构网格的一种过程。所生成的网格可用于复杂多连通域内的可压流计算。采用Euler方程和格心有限体积法,研制出程序,给出了算例。     

三维不可压N-S方程的多重网格求解

应用全近似存储(Full Approximation Storage,FAS)多重网格法和人工压缩性方法求解了三维不可压Navi-er-Stokes方程.在解粗网格差分方程时,对Neumann边界条件采用增量形式进行更新,离散方程用对角化形式的近似隐式因子分解格式求解,其中空间无粘项分别用MUSCL格式和对称TVD格式进行离散.对90°弯曲的方截面管道流动和4:1椭球体层流绕流的数值模拟表明,多重网格的计算时间比单重网格节省一半以上,且无限制函数的MUSCL格式比TVD格式对流动结构有更好的分辨能力.     

二维非结构网格生成及Euler方程计算的方法研究

用离翼型表面最小作为阵面推进法中的参数选择依据。生成二维问题的非结构网格。这种方法戏了传统的背景网格观念,直接提供网格生成过程中所需的背景信息。在求解Ｅｌｕｅｒ方程时,用格心格式的有限体积法作空间离散,用四步Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ作时间推进,采用不同的加速收敛措施获得定常流动。提出了两这界条件的构造办法,并 不同边界条件对结果的影响。     

在非交错网格上求解非正交曲线坐标系下N-S方程

介绍一种在非交错网格上,求解非正交曲线坐标系下的流动控制方程的方法。为解决在三维非正交曲线坐标系下采用非交错网格时所遇到的压力波动问题,将一种网格界面速度插值方法进行推广,并导出了相应的计算公式。运用所建立的方法对90°方截面弯管流动问题进行了数值模拟。结果是令人满意的,从而表明计算方法及所开发程序的可靠性。     

非结构多边形网格滑移线开穴算法

基于非结构任意多边形网格管理体系及束缚滑移技术,针对多介质多次加卸载大变形问题的模拟,发展滑移线开穴算法,并利用金属碰撞分离模型进行验证.给出滑移线上的点和网格的开闭穴状态判别方法及网格开闭情况下滑移线上点的速度计算方法.该滑移计算技术将传统结构网格的开穴算法推广到拉氏非结构多边形网格中,保留拉氏滑移算法无缝连接和较好模拟物质界面的优点,实现了模拟实际问题中物质界面开闭功能.在金属碰撞分离模型中采用多种网格、不同界面形状和多介质等条件进行测试,证明了算法的正确性.     

非结构四边形网格下的一类保对称有限体元格式

针对定常扩散问题,在非结构四边形网格下,通过选取特殊的控制体和有限体元空间,建立两种保对称有限体元格式,在拟一致网格剖分下,当扩散系数光滑时,证明有限体元解函数在L²和H¹范数下均具有饱和误差阶.数值实验验证理论结果的正确性,同时表明新格式对扭曲大变形四边形网格、间断系数问题具有较强的适应性.在正交网格下,第二种格式对流(flux)函数在单元中心点的值还具有超逼近性.     

三维非结构网格Euler方程的LU-SGS算法及其改进

将LU-SGS隐式时间推进格式运用到非结构网格Euler方程的求解中,并对传统LU-SGS格式进行改进,结合网格重排序,发展了一套效率更高的三维Euler方程求解器.以M6机翼及超临界LANN机翼的跨音速无粘流场为算例,将改进LU-SGS格式与四步龙格-库塔显式格式及传统LU-SGS格式进行了比较.计算结果表明:所有格式的计算结果与实验结果都符合很好;传统LU-SGS格式计算效率为显式格式的3倍多,而改进LU-SGS格式计算效率为显式格式的7倍多.     

Development of Lattice Boltzmann Flux Solver for Simulation of Incompressible Flows

A lattice Boltzmann flux solver (LBFS) is presented in this work for simulation of incompressible viscous and inviscid flows. The new solver is based on Chapman-Enskog expansion analysis, which is the bridge to link Navier-Stokes (N-S) equations and lattice Boltzmann equation (LBE). The macroscopic differential equations are discretized by the finite volume method, where the flux at the cell interface is evaluated by local reconstruction of lattice Boltzmann solution from macroscopic flow variables at cell centers. The new solver removes the drawbacks of conventional lattice Boltzmann method such as limitation to uniform mesh, tie-up of mesh spacing and time interval, limitation to viscous flows. LBFS is validated by its application to simulate the viscous decaying vortex flow, the driven cavity flow, the viscous flow past a circular cylinder, and the inviscid flow past a circular cylinder. The obtained numerical results compare very well with available data in the literature, which show that LBFS has the second order of accuracy in space, and can be well applied to viscous and inviscid flow problems with non-uniform mesh and curved boundary.     

A Parameter-Free Generalized Moment Limiter for High-Order Methods on Unstructured Grids

A parameter-free limiting technique is developed for high-order unstruc- tured-grid methods to capture discontinuities when solving hyperbolic conservation laws. The technique is based on a "troubled-cell" approach, in which cells requiring limiting are first marked, and then a limiter is applied to these marked cells. A parameter-free accuracy-preserving TVD marker based on the cell-averaged solutions and solution derivatives in a local stencil is compared to several other markers in the literature in identifying "troubled cells". This marker is shown to be reliable and efficient to consistently mark the discontinuities. Then a compact high-order hierarchical moment limiter is developed for arbitrary unstructured grids. The limiter preserves a degree $p$ polynomial on an arbitrary mesh. As a result, the solution accuracy near smooth local extrema is preserved. Numerical results for the high-order spectral difference methods are provided to illustrate the accuracy, effectiveness, and robustness of the present limiting technique.     

非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法

讨论非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法.应用有限点方法(Finite Point Method,简称FPM)导出基于有限点两点公式和三点公式的能流计算公式,该公式适用于任意多边形及非匹配网格等非结构网格;给出网格角点温度新的计算公式.数值试验表明:基于两点公式的离散解和基于三点公式的离散解均具有平方阶的收敛速度;基于三点公式的离散解的精度总优于基于两点公式的离散解.     

运动网格上的水下爆炸数值模拟方法

 在对水下爆炸过程的数值模拟中,把水-气介质界面当作一种特殊的内部边界,并且在该边界上的网格节点都有双重定义,分别对应边界两侧的不同介质状态,通过利用HLLC（Harten,Lax,van Leer,Contact）方法求解任意ALE（Arbitrary Largrangian Eulerian Method,拉格朗日-欧拉方程）方程组,以及运用界面跟踪和动网格方法,对一维球对称水下爆炸模型进行了数值模拟。结果表明,所得到的数值计算结果与实验结果吻合得较好,并且在扩展到二维柱对称水下爆炸模型时,同样得到了满意的结果。     

非结构网格上Level Set方程的间断有限元解法

针对间断有限元弱形式难于求解可压缩流场中Level Set方程的问题提出间断有限元强形式,从而在统-框架下解决Level Set方程在可压缩与不可压缩流场中的求解问题.通过非结构网格上采用Legendre-Gauss-Lobatto节点构造基函数,在复杂区域上可以达到任意高阶的精度.将若干-、二、三维算例与已有文献或解析解比较,验证方法追踪自由界面的有效性.结果表明,该方法适合各种情形下Level Set方程求解,易于在复杂区域的非结构网格上实施,精度高、分辨率高且具有高质量守恒性,既能避免重新初始化过程又方便向高维扩展.     

A New Differential Lattice Boltzmann Equation and Its Application to Simulate Incompressible Flows on Non-Uniform Grids

A new differential lattice Boltzmann equation (LBE) is presented in this work, which is derived from the standard LBE by using Taylor series expansion only in spatial direction with truncation to the second-order derivatives. The obtained differential equation is not a wave-like equation. When a uniform grid is used, the new differential LBE can be exactly reduced to the standard LBE. The new differential LBE can be applied to solve irregular problems with the help of coordinate transformation. The present scheme inherits the merits of the standard LBE. The 2-D driven cavity flow is chosen as a test case to validate the present method. Favorable results are obtained and indicate that the present scheme has good prospects in practical applications.