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相似文献
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1.
多介质可压缩流体动力学界面捕捉方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
研究多介质流界面捕捉方法的主要目的是消除多介质流体在界面处压力、速度可能出现的非物理振荡现象 ,并通过流体动力学方程和界面捕捉方程的耦合 ,将多介质流体动力学计算形式上转化为单介质流体计算 ,从而可以采用对计算单介质有效的高精度计算方法来处理多介质流动问题。推广了Shyue界面捕捉和其等效方程的推导方法 ,给出的结果可以适用于具有状态方程 p =( ,e,a1 , ,an) +( ,e,b1 , ,bn)e的介质 ,并通过了数值试验验证。  相似文献   

2.
为了克服原始虚拟流方法(ghost fluid method,GFM)在处理激波与大密度比流体-流体(气-水)界面相互作用时遇到的困难,采用真实虚拟流法(real ghost fluid method,RGFM)处理流体界面附近的虚拟点,结合HLLC(Harten-Lax-Van Leer with contact discontinuities)格式求解Euler方程,采用五阶WENO(weighted essentially nonoscillatory)格式求解level set输运方程。通过一维和二维算例的物质界面捕捉研究,证明RGFM在处理小密度比界面问题时优于GFM,同时RGFM还可用于求解激波与大密度比物质界面相互作用问题。计算表明,将RGFM引入到本文算法中,可精确捕捉到激波与界面(气-气、气-水界面)相互作用的变化细节,包括大密度比界面的剧烈变形和破碎,并具有较高的计算分辨率。  相似文献   

3.
可压缩多介质粘性流体的数值计算   总被引:1,自引:0,他引:1  
将考虑热传导和粘性情况下的Navier Stokes方程描述的物理过程分解成3个子过程进行数值计算,即把整个流量计算分解成无粘性流量、粘性流量和热流量3部分,采用多介质流体高精度parabolic piecewise method(PPM)方法、二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法相结合进行数值计算。给出了激波管中Riemann问题和二维、三维Richtmyer-Meshkov界面不稳定性的Navier Stokes方程和Euler方程对比计算结果,显示了粘性对界面不稳定性的影响。  相似文献   

4.
姚成宝  付梅艳  韩峰  闫凯 《力学学报》2020,52(4):1063-1079
可压缩多介质流动问题的数值模拟在国防和工业领域内均具有重要的研究价值,诸如武器设计、爆炸安全防护等,通常具有大变形、高度非线性等特点,是一项极具挑战性的研究课题. 本文提出了一种基于 Euler 坐标系的非结构网格、具有锐利相界面的二维和三维守恒型多介质流动数值方法,可用于模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下的大变形动力学行为. 利用分片线性的水平集函数重构出单纯形网格内分段线性的相界面,并在混合网格内构建出具有多种介质的相界面几何结构,理论上可以处理全局任意种介质、局部 3 种介质的多介质流动问题. 利用传统的有限体积格式来计算单元边界上同种介质间的数值通量,并通过在相界面法向上求解局部一维多介质 Riemann 问题的精确解来计算不同介质间的数值通量,保证了相界面上的通量守恒. 提出了一种非结构网格上的单元聚合算法,消除了由于网格被相界面分割成较小碎片、违反 CFL 条件,进而可能带来数值不稳定的问题. 针对一维多介质 Riemann 问题、激波与气泡相互作用问题、浅埋爆炸问题、空中强爆炸冲击波和典型坑道内冲击波传播问题开展了数值模拟研究,将计算结果与相关的理论、实验结果进行比对,验证了数值方法的正确性和可靠性.   相似文献   

5.
张娜  姚军 《计算力学学报》2017,34(2):226-230
可压缩流体是天然油藏中广泛存在的一种流体,研究其在多孔介质中的渗流规律对于油藏开发具有重要意义。本文采用多尺度混合有限元方法,对可压缩流体渗流问题进行了研究。考虑流体的可压缩性以及介质形变,推导得到了可压缩流体渗流问题的多尺度计算格式。数值计算结果表明,多尺度混合有限元适于求解非均质性和可压缩流问题,具有节省计算量、计算精度高等优势,对于实际大规模油藏模拟具有重要意义。  相似文献   

6.
间断Galerkin有限元和有限体积混合计算方法研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过局部坐标变换而建立的非正交单元间断Galerkin(DG)有限元计算方法计算精度高, 但计算量大、内存需求大;而非结构网格有限体积方法虽然准确计算热流的问题目 前还没有完全解决,但其具有计算速度快和内存需求小的优点. 该研究是将有 限元和有限体积方法的优点结合,发展有限元和有限体积的混合方法. 在物面 附近黏性占主导作用的区域内采用有限元方法进行计算,在远离物面的区域采用快速的有限 体积方法进行计算,在有限元和有限体积方法结合处要保证通量守恒. 通过算例说明有 限元和有限体积混合方法既能保证黏性区域的热流计算精度和流场结构的分辨率,又能 降低内存需求和提高计算效率,使有限元方法应用于复杂外形(实际工程问题)的计 算成为可能.  相似文献   

7.
把界面捕捉等效方程、Level-Set方程和欧拉方程组耦合,在Stiffened状态方程下,采用高分辨率NND格式求解流体力学方程组并用Level-Set函数捕捉界面的位置。对二维情况下激波和气泡相互作用的问题进行数值模拟,并与波传算法的模拟结果进行比较。计算结果表明该方法能有效的抑制间断附近的非物理振荡,有很强的捕捉界面的能力。  相似文献   

8.
刘娜  陈艺冰 《爆炸与冲击》2017,37(1):114-119
针对高维及多物理耦合计算耗费大等困难,设计适合多介质流动模拟的模板紧致、易于并行、高阶精度、计算耗费小的谱体积方法。该方法是求解双曲型守恒率谱体积方法的直接推广,针对多介质流动物质界面捕捉的困难,利用拟守恒格式的思想避免物质界面处的非物理振荡。数值模拟结果表明,本方法具有高阶精度、高分辨率,且节约计算量,并且可以有效避免物质界面处非物理振荡。  相似文献   

9.
本文构建了声压波动方程的改进时域间断Galerkin有限元方法.传统时域连续有限元方法在计算高梯度、强间断特征水中声波传播问题时往往会出现虚假数值振荡现象,这些数值振荡会影响正常波动的计算精度.为了解决这一问题,本文通过引入人工阻尼的方式构建了改进的时域间断Galerkin有限元方法,并针对具有高梯度、强间断特征的多障...  相似文献   

10.
对多流体界面问题守恒和非守恒格式(M)WENO重构方法进行探讨,采用虚拟流动方法并用Level-Set函数捕捉界面的运动变化。数值模拟结果表明本文的数值方法具有较高的分辨率,并能有效地抑制界面附近的非物理振荡。  相似文献   

11.
In this paper, a combined Fourier spectral-finite element method is proposed for solving n-dimensional (n=2, 3), semi-periodio compressible fiuid flow problems. The strict error estimation as well as the convergence rate, is presented.  相似文献   

12.
A moving discontinuous Galerkin finite element method with interface condition enforcement is formulated for flows with discontinuous interfaces. The underlying weak formulation enforces the interface condition separately from the conservation law, so that the residual only vanishes upon satisfaction of both. In this formulation, the discrete grid geometry is treated as a variable, so that, in contrast to the standard discontinuous Galerkin method, this method has both the means to detect interfaces, via interface condition enforcement, and to satisfy, via grid movement, the conservation law and its associated interface condition. The method therefore directly fits interfaces, including shocks, preserving a high-order representation up to the interface without requiring shock capturing or an upwind numerical flux to achieve stability. It can be generalized to flows with a priori unknown interfaces with nontrivial topology and curved interface geometry as well as to an arbitrary number of spatial dimensions. Unsteady flows are represented in a manner similar to steady flows using a space-time formulation. In addition to computing flows with interfaces, the method can represent point singularities in a flow field by degenerating cuboid elements. In general, the method works in conjunction with standard local grid operations, including edge collapse, to ensure that degenerate cells are removed. Test cases are presented for up to three-dimensional flows that provide an initial assessment of the stability and accuracy of the method.  相似文献   

13.
An H~1 space-time discontinuous Galerkin (STDG) scheme for convectiondiffusion equations in one spatial dimension is constructed and analyzed. This method is formulated by combining the H~1 Galerkin method and the space-time discontinuous finite element method that is discontinuous in time and continuous in space. The existence and the uniqueness of the approximate solution are proved. The convergence of the scheme is analyzed by using the techniques in the finite difference and finite element methods. An optimal a-priori error estimate in the L~∞ (H~1 ) norm is derived. The numerical exper- iments are presented to verify the theoretical results.  相似文献   

14.
固体非傅立叶温度场的时域间断Galerkin有限元法   总被引:1,自引:0,他引:1  
运用时域间断Galerkin有限元法[1],对高频非傅立叶热波动问题[2-3]进行分析。其主要特点是:取温度及温度的时间导数为基本未知量,对其分别进行3次Hermite插值和线性插值。在保证节点温度自动保持连续的基础上,温度的时间导数在离散时域存在间断。数值结果表明所提出的方法能够滤掉虚假的数值震荡,能够良好地模拟固体中的非傅立叶热波动行为。  相似文献   

15.
章青  郁杨天  顾鑫 《计算力学学报》2016,33(4):441-448,450
综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合函数方法以及子模型方法等,除子模型方法外,都可归结为并行式多尺度分析方法,其基本思想是将计算结构划分为近场动力学子域、有限元子域以及两者的交界区域(或重叠区域、或界面单元、或过渡区域)。子模型方法可归结为显-显分析方法,先采用显式有限元进行整体分析,后采用近场动力学方法对重点区域进行分析。混合建模方法需要着重提高交界区域的计算精度,并且消除虚假力和虚假应力波问题。提出了通过力耦合的近场动力学与有限元混合建模的隐式分析方法,该方法不再设置重叠区,通过杆单元连接近场动力学子域与有限元子域,其中界面上的有限元结点不仅与其所在单元的其他结点发生作用,还通过杆单元与以其为圆心、一定半径的圆域内的其他物质点相互作用。研究表明,本文提出的混合模型和求解方法既能有效解决裂纹扩展等不连续问题,又可提高计算效率,为工程结构破坏问题的计算分析提供一种有效方法。  相似文献   

16.
In this paper, we develop a coupled continuous Galerkin and discontinuous Galerkin finite element method based on a split scheme to solve the incompressible Navier–Stokes equations. In order to use the equal order interpolation functions for velocity and pressure, we decouple the original Navier–Stokes equations and obtain three distinct equations through the split method, which are nonlinear hyperbolic, elliptic, and Helmholtz equations, respectively. The hybrid method combines the merits of discontinuous Galerkin (DG) and finite element method (FEM). Therefore, DG is concerned to accomplish the spatial discretization of the nonlinear hyperbolic equation to avoid using the stabilization approaches that appeared in FEM. Moreover, FEM is utilized to deal with the Poisson and Helmholtz equations to reduce the computational cost compared with DG. As for the temporal discretization, a second‐order stiffly stable approach is employed. Several typical benchmarks, namely, the Poiseuille flow, the backward‐facing step flow, and the flow around the cylinder with a wide range of Reynolds numbers, are considered to demonstrate and validate the feasibility, accuracy, and efficiency of this coupled method. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

17.
A mixed time discontinuous space-time finite element scheme for secondorder convection diffusion problems is constructed and analyzed. Order of the equation is lowered by the mixed finite element method. The low order equation is discretized with a space-time finite element method, continuous in space but discontinuous in time. Stability, existence, uniqueness and convergence of the approximate solutions are proved. Numerical results are presented to illustrate efficiency of the proposed method.  相似文献   

18.
分区界面元-有限元-无限元混合模型   总被引:5,自引:1,他引:5  
利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念.实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点.又能够充分利用有限元的计算效率和无限元方便处理无限域介质的特点,较为和谐地解决了计算精度和计算效率的矛盾。数值算例表明,本文所建立的混合模型的有效性,揭示此类混合模型具有广阔的工程应用前景。  相似文献   

19.
This work presents a mixed three‐dimensional finite element formulation for analyzing compressible viscous flows. The formulation is based on the primitive variables velocity, density, temperature and pressure. The goal of this work is to present a ‘stable’ numerical formulation, and, thus, the interpolation functions for the field variables are chosen so as to satisfy the inf–sup conditions. An exact tangent stiffness matrix is derived for the formulation, which ensures a quadratic rate of convergence. The good performance of the proposed strategy is shown in a number of steady‐state and transient problems where compressibility effects are important such as high Mach number flows, natural convection, Riemann problems, etc., and also on problems where the fluid can be treated as almost incompressible. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

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