一种捕捉可压缩流体多重交汇界面的改进型LS方法

 在普通Level Set（LS）方法基础上，给出了一种捕捉多重交汇界面的改进型LS方法，该方法能够大大减小多重交汇界面之间因光滑而产生的空穴区域，而不影响多重交汇以外区域的界面位置。同时对改进算法进行了测试，并与可压缩流体耦合，给出了多介质流体多重交汇界面的计算结果。     

二维多介质可压缩流的RKDG有限元方法

应用RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法、Level Set方法和Ghost Fluid方法数值模拟二维多介质可压缩流,其中Euler方程组、Level Set方程和重新初始化方程的空间离散采用DG(Discontinuous Galerkin)有限元方法,时间离散采用Runge-Kutta方法.对二维的气-气和气-液两相流进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果.     

多介质流模拟的Runge-Kutta控制体积间断有限元方法（英文）

构造可用于多介质流数值模拟的Runge-Kutta控制体积(RKCV)间断有限元方法.对于多介质流模拟,使用线性和非线性的Riemann问题解法器计算界面处的数值流通量.该方法是一种高精度的数值方法且可以保证流体的局部守恒.数值结果表明,即使是利用线性Riemann问题解法器的计算格式也可获得较好的数值结果.与Runge-kutta间断Galerkin方法的比较展示了本文构造算法的优势.     

高密度比多介质可压缩流动的PPM方法

介绍一种基于流体体积分数模型的界面捕捉方法,数值模拟高密度比及含强激波的多介质可压缩流动.将PPM方法应用到多介质体积分数形式的Euler方程组,用双波近似求解一般刚性气体状态方程Riemann问题,可方便处理界面强剪切的滑移线问题,并给出了水下激波和气泡相互作用以及多相Richtmyer Meshkov不稳定性的计算结果.     

一维多介质可压缩流动数值方法

应用高精度界面追踪方法计算一般状态方程的多介质可压缩流动问题;应用LevelSet技术捕捉界面位置,在界面附近采用守恒数值离散,用双波近似求解一般状态方程Riemann问题,并采用统一高阶PPM格式进行内点和交界面点的计算.一维算例表明,该方法对于光滑区域以及多介质交界面具有二阶精度,能准确地模拟交界面的位置,交界面计算无数值振荡和数值耗散,并能处理一般状态方程的多介质可压缩流动问题.     

可压缩多介质流体数值模拟中的Level-Set间断跟踪方法

针对可压缩多介质流体的数值模拟,发展了一种Level-Set间断追踪技术,用LS(Level-Set)函数追踪激波和捕捉界面,用Riemann问题解构造带状区域内的虚拟流体状态,对物理量的外推方法、间断附近虚拟流体的构造、间断推进速度的计算等问题进行了研究.最后对可压缩多介质流体一维和二维守恒律方程组进行数值模拟,数值计算采用通量重构的高精度WENO格式,计算结果令人满意.     

Ghost Fluid方法与双介质可压缩流动计算

应用带有Isobaric修正的GhostFluid方法配合LevelSet方法计算可压缩双介质无粘流动.该方法可以消除计算流体界面时所产生的数值跳动和耗散,且编程上比界面跟踪法简单.应用WENO格式数值求解欧拉方程和LevelSet方程,对由刚性气体状态方程所支配的一二维双介质流动进行数值计算,得到了分辨率较高的计算结果.     

多介质流的高分辨率Euler方法

在多介质流动问题中,不同介质有不同的状态方程。这使通量成为间断函数,从而没有通量的Jacobi矩阵。而用Euler坐标系描述的方程组的很多高分辨率格式都要用到Jacobi矩阵及其特征值和特征向量,即要求通量连续可微。因此必须重新处理整个守恒律方程组。对于γ气体问题将γ看作一个新未知量并增加一个守恒方程,从而使整个方程组的通量成为光滑函数,为高分辨率格式的构造铺平了道路。由于真实流动只遵守三个守恒律,多加的一个守恒律虽然对偏微分方程组没有影响,但对差分方程数值解有影响。这一点在数值实验中已有表现。提出了一个方案将这一影响尽量消除。所用格式可完全照搬单介质流动的任何现有格式。对一维多介质流动Euler方程组的激波管问题的数值实验表明这样处理所构造的格式具有同单介质流动问题同样的效果。     

非结构网格RKDG有限元方法求解多介质界面问题

在流体力学方程数值模拟中，多介质界面的计算是一个非常重要的问题。已有的数值模拟多采用Lagrange方法。但是，当计算长时间问题时，Lagrange方法会产生网格扭曲，进而使计算无法进行下去。另外一种是采用Euler方法，Euler方法应用于多介质流体力学，首要问题是界面捕捉，即将不同区域介质界面描述清楚，这样才能使得多介质流体计算时，不会发生流体的非物理振荡。     

可压缩密实介质多流体高精度欧拉算法

 从可压缩密实介质状态方程出发，推导出多介质流体在界面附近满足的动力学方程，与守恒律方程一起，采用高精度有限体积方法进行求解，物质界面用LevelSet函数捕捉。并给出了一维和二维数值算例。     

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.     

耦合界面计算格式的一维流体力学Lagrange有限点方法

为探索高维多介质流体力学散乱点集上的Lagrange有限点方法,首先对相应一维问题进行研究,提出一种Lagrange有限点方法:在计算区域内(包括物质界面)设置任意离散点集,所有力学量都设在该点集上,在内点和界面点上分别建立离散格式.内点算法为基于Taylor展开的差分方法.界面点算法为显式追踪算法,从定解条件出发,利用Rankine-Hugoniot关系和特征差分方法,计算界面点位置及相应的状态量变化.通过追踪界面点的运动得到物质界面是方法的最大特色.典型算例计算结果与精确解符合很好,验证了算法的合理和有效性.     

Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model for High-Speed Compressible Flows

A highly efficient three-dimensional （31）） Lattice Boltzmann （LB） model for high-speed compressible flows is proposed. This model is developed from the original one by Kataoka and Tsutahara [Phys. Rev. E 69 （2004） 056702]. The convection term is discretized by the Non-oscillatory, containing No free parameters and Dissipative （NND） scheme, which effectively damps oscillations at discontinuities. To be more consistent with the kinetic theory of viscosity and to further improve the numerical stability, an additional dissipation term is introduced. Model parameters are chosen in such a way that the von Neumann stability criterion is satisfied. The new model is validated by well-known benchmarks, （i） Riemann problems, including the problem with Lax shock tube and a newly designed shock tube problem with high Mach number; （ii） reaction of shock wave on droplet or bubble. Good agreements are obtained between LB results and exact ones or previously reported solutions. The model is capable of simulating flows from subsonic to supersonic and capturing jumps resulted from shock waves.     

Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model for High-Speed Compressible Flows

A highly efficient three-dimensional (3D) Lattice Boltzmann (LB) model for high-speed compressible flows is proposed. This model is developed from the original one by Kataoka and Tsutahara [Phys. Rev. E 69 (2004) 056702]. The convection term is discretized by the Non-oscillatory, containing No free parameters and Dissipative (NND) scheme, which effectively damps oscillations at discontinuities. To be more consistent with the kinetic theory of viscosity and to further improve the numerical stability, an additional dissipation term is introduced. Model parameters are chosen in such a way that the von Neumann stability criterion is satisfied. The new model isvalidated by well-known benchmarks, (i) Riemann problems, including the problem with Lax shock tube and a newly designed shock tube problem with high Mach number; (ii) reaction of shock wave on droplet or bubble. Good agreements are obtained between LB results and exact ones or previously reported solutions. The model is capable of simulating flows from subsonic to supersonic and capturing jumps resulted from shock waves.     

一种保持界面位置不动的水平集函数隐式重新初始化方法

以保持界面不动为主要目标,推导水平集函数重新初始化方程中光滑参数的取值公式,得到一种新型的隐式重新初始化方法.证明应用该方法进行重新初始化时,保证界面附近水平集函数节点值符号不变时间步长只需满足原始的CFL条件即可.最后,将该方法与原有初始化方法结合,得到一种准确且快速的隐式重新初始化方法.用数值算例验证该方法的有效性.     

基于改进水平集方法的翼型拓扑优化

将改进的水平集方法与灵敏度分析方法相结合,发展了一种研究Navier-Stokes方程拓扑优化的新方法。在拓扑优化过程中,引入无需样条参数化的网格重新划分方法,实现水平集函数演化和流场求解的结合。最后,通过对低雷诺数条件下Navier-Stokes翼型优化问题的研究,表明该方法具有良好的全局性,并能有效节约优化问题的计算工作量。     

二维可压缩流体力学Lagrange有限点方法

提出二维可压缩流体力学问题的拉格朗日有限点方法,将求解区域离散为适当的点集.在每个时间步,每个离散点与其周围适当的五个邻点组成一个基本计算单元.在每个计算单元上,利用有限点方法中的典型微分算子的五点近似公式直接离散流体力学方程中的微分算子,并在每个方程中加上一个人为拉普拉斯粘性项,达到稳定格式的目的.给出时间步长的自动选取算法.数值算例结果验证了算法的有效性,初步展示了其计算大变形流体问题的良好发展潜力.