新型上风格式(AUSM+)的性能分析及其应用

研究了新型上风格式AUSM+的分辨率、效率等性能,并用它与Roe、vanLeer上风格式数值模拟了前向台阶激波反射流动,通过对激波、膨胀波、接触间断及其间相互干扰的复杂波系的模拟对比,分析探讨了AUSM+格式的低数值耗散、间断高分辨率等特性。     

高超声速三维热化学非平衡电离流动计算研究

研究发展了一种计算高超声速三维热化学非平衡电离流动的数值方法。真实气体热力学状态是通过平动-转动温度和电子-振动温度来模拟。对零攻角轴对称钝锥体和有攻角钝锥体的高超声速电离流动,采用隐式有限体积法NND格式,数值求解NS方程。     

二维三温能量方程的九点差分格式及其迭代解法

给出了激光驱动内爆数值模拟中二维三温能量方程的九点差分格式及其迭代解法,并给出了九点差分格式与五点差分格式对比计算结果,对一维和二维物理模型进行了数值模拟,得到了令人满意的数值结果。     

7阶WENO-S格式的计算效率研究

WENO-S格式是一类适合于含间断问题数值模拟的加权本质无振荡格式.这类格式的光滑因子满足对单频波为常数,这使得其近似色散关系与线性基底格式一致,并且具有良好的小尺度波动模拟能力．计算效率是数值方法性能指标的一个重要方面.由于WENO-S格式的光滑因子在各子模板上的计算公式除下标不同外形式一致,在计算线性对流方程相邻数值通量时,部分光滑因子完全相同．为此提出一种消除WENO-S格式冗余光滑因子计算的方法.该方法要求一条网格线上用于重构或插值的量可以表示为一个序列.基于此要求分析其对于几种不同物理问题的可行性和使用方法.以7阶WENO-S格式为例介绍了格式性质和去除冗余光滑因子计算的方法.该方法中预先计算和存储一条网格线上的所有光滑因子,在网格点较多的情况下,光滑因子计算次数约为原7阶WENO-S格式的1/4.对一维对流问题、球面波传播问题、二维旋转问题、二维小扰动传播问题及一维和二维无黏流动问题进行了数值模拟.结果表明该格式对多种流动结构具有良好的捕捉能力,并且同时具有良好的计算效率,去除冗余计算后又降低了约20%的计算时间.     

Vlasov-Poisson方程半拉格朗日守恒算法

利用三阶迎风插值多项式结合限制子方法,构造Vlasov-Poisson方程的半拉格朗日守恒型格式,可保持Vlasov-Poisson方程解的正性.计算朗道阻尼,双束不稳定性等典型问题,并与样条插值方法、UGKS方法进行比较,模拟结果表明半拉格朗日守恒性格式在Vlasov-Poisson方程求解中具有较高分辨率.     

基于二阶格式的有限体积保正格式

从二阶线性格式出发,通过对法向通量进行重构,得到非线性两点通量,获得四面体网格上的单元中心型有限体积保正格式.该格式适用于求解间断和各向异性扩散系数问题.无需假设辅助未知量非负,避免了辅助未知量计算出负时"遇负置零"的人为处理方式;并且证明该格式在每个非线性Picard迭代步具有强保正性,即当源项和边界条件非负时,线性化格式的非平凡解是严格大于零的.数值算例验证该格式具有二阶收敛性且是保正的.     

一种健壮的TV通量分裂格式

随着计算流体力学的快速发展,设计精确、高效并且健壮的数值格式变得尤为重要。Toro等^[8]提出的TV通量分裂格式表现出简单、高效和精确分辨接触间断等优点,但是在计算一些多维算例时会出现数值激波不稳定现象。两波近似的HLL格式在计算中非常高效和健壮,但是不能分辨接触间断大大地限制了其应用。本文对TV通量分裂格式进行稳定性分析,据此提出一种混合格式来消除TV格式的数值激波不稳定性。数值试验表明,本文构造的混合格式不仅保留了原始TV格式的优点,而且具有更好的健壮性,在计算二维问题时不会出现数值激波不稳定现象。     

基于隐式扩散的直接力格式浸没边界格子Boltzmann方法

采用浸没边界格子Boltzmann (immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)模型执行动边界绕流数值模拟时,信息交互界面和边界力计算格式直接影响流动求解器的数值精度和计算效率.基于隐式扩散界面,一种改进的直接力格式IB-LB模型被提出.边界力表达式基于欧拉/拉格朗日变量同一性准则推导,转换矩阵描述的信息交互界面耦合了拉格朗日节点间的非同步运动.采用Richardson迭代数值求解关联边界力与无滑移速度约束的线性方程组,不仅克服了传统速度修正格式中矩阵求逆引起的计算效率问题,而且摆脱了算法稳定性对拉格朗日点分布的依赖.根据解析解已知的Taylor-Green涡流评估本文模型的数值模拟精度,结果表明改进的IB模型能够完整保留背景LB模型的二阶数值精度.静止圆柱和振荡圆柱绕流数值实验结果表明,当前模型在涉及复杂外形和运动界面的流动模拟中能够提供可靠的数值预测,满足力同一性的IB-LB模型能够有效抑制非定常流体力的伪物理震荡.波动翼型绕流模拟验证了当前模型的实用性,可在大变形柔性体流固耦合动力学问题中进一步推广.     

多项时间分数阶对流扩散方程的一类显-隐和隐-显差分格式

多项时间分数阶对流扩散方程在地下水运输,热传导,空气污染等领域有着广泛的应用,其数值方法的研究具有重要的科学意义和应用价值.针对多项时间分数阶对流扩散方程,基于经典的显式和隐式格式,文中构造一类显式-隐式(E-I)差分格式和隐式-显式(I-E)差分格式,利用傅里叶方法证明了这类格式的无条件稳定性()和Oτ^2-α+h²(α=max{α₀,α₁,···,α_m})阶收敛性.数值试验表明,E-I和I-E差分格式具有省时性,计算效率高于经典的隐式格式.同样,E-I和I-E差分格式适用于求()解具有初始奇性的多项时间分数阶对流扩散问题,格式的收敛阶为Oτ^α+h².证实E-I和I-E差分格式求解多项时间分数阶对流扩散方程是高效的.     

二维Allen-Cahn方程的Crank-Nicolson型差分格式

本文主要研究相场模拟中的Allen-Cahn模型,考虑二维非线性Allen-Cahn方程,建立Crank-Nicolson差分格式,并给出截断误差.运用Browder定理,证明差分格式数值解的存在性.同时,利用截断函数法证明了差分格式在无穷范数下二阶无条件收敛.最后,对离散最大值原理进行研究说明,给出数值算例.