MFCAV近似Riemann解法器在相容拉氏方法中的熵条件分析

 对基于MFCAV(Multi Fluid Channel on Averaged Volume)近似Riemann解法器的相容拉氏方法的熵条件进行了分析. 结果表明与满足声学形式Riemann解法器的熵不同, 前者只能在每个网格边界左、右两侧网格的熵随时间变化的和保证大于零, 即能保证整体熵增, 但不保证传统意义上的在每个网格中的熵增;而后者不仅保证整体熵增, 而且还满足传统意义上的熵增. 因此MFCAV的熵增相对声学形式解法器而言要弱一些, 由此表明其熵增可能要小些, 使得格式的耗散可能要小些.数值算例也验证了分析的正确性.     

一种结合Roe格式的高精度半拉氏方法

针对守恒形式的欧拉方程组, 构造了一种结合Roe格式的守恒型有限体 积形式的半拉氏方法. 通过发展一种基于Roe特征速度的拉氏质点回溯方法, 由此来计算 半点的流量并作为边界通量的近似, 使得这种半拉氏方法在时空离散上达到二阶精度, 并 且保证了守恒性. 其中回溯点处物理量采用本质无振荡格式(ENO)方法进行插值重 构得到, 不需要增加人工黏性且避免了有限体积多矩半拉氏方法中限制器选择的问题, 又能够达到时空的高阶精度. 方法简便, 易于实现, 兼具拉氏方法和欧拉方法的优点. 一维和二维数值算例表明, 此方法对激波和接触间断都取得了满意的模拟效果, 可用于可压缩复杂流动问题的计算.     

二维Rayleigh-Taylor不稳定性组分剖面与Atwood数相关性

由Rayleigh-Taylor不稳定性引起的湍流混合广泛存在于自然现象和工程应用中.在重力场作用下，将重流体置于轻流体之上，系统处于平衡状态.此时，在轻重流体界面处添加微小扰动，重流体向下形成尖钉，轻流体向上形成气泡，轻重流体进入湍流混合状态，系统失去稳定状态，进入失稳过程.组分剖面揭示了流场在任意时刻任意高度上的成分，从而揭示了Rayleigh-Taylor不稳定性的发展过程.利用计算流体力学软件CFD2模拟常加速度场下二维多模Rayleigh-Taylor不稳定性的发展，研究了重流体组分剖面随Atwood数的变化.文章对比了Atwood数为0.1，0.5，0.9这3种情况下质量分数剖面.在利用气泡高度h_b和尖钉深度h_s对高度做归一化之后，质量分数剖面不依赖于密度比.在不同密度比下，质量分数曲线都满足f_m~$\frac{1}{2}{\mathop{\rm erf}\nolimits} \left( {4\left( {\frac{{y-{h_{\rm{s}}}}}{{{h_{\rm{b}}}-{h_{\rm{s}}}}}-\frac{1}{2}} \right)} \right) + \frac{1}{2}$.      

ALE框架下几种不同Godunov型格式的数值比较

给出一种有限体积Godunov型的ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题.由于方法具有任意的网格移动速度,可在拉氏、欧氏和ALE之间切换,具有较强的适应性.通过数值算例对这3种框架下的数值特性进行了比较研究.同时还研究了几种不同Godunov型格式的数值行为特性,分析比较了它们对激波和接触间断的分辨效果.     

MFCAV近似Riemann解在新型拉氏方法中的应用

Maire等提出了一种新型的有限体积中心型拉氏方法, 该方法大大地改善了一直困扰着一般中心型拉氏方法的虚假网格变形. 然而在计算数值流和移动网格时,该方法只应用了数值黏性较大的弱波近似(weak wave approximatedmethod, WWAM) Riemann解, 而且方法的设计表明其他类型的近似Riemann解不能简单直接地应用上去. 将体平均多流管(multifluid channel on averaged volume, MFCAV)近似Riemann解视为对WWAM的修正,成功将其应用于新型方法中, 数值实验表明应用了MFCAV 的新方法是有效的. 研究为将其他更为有效的近似Riemann解应用于该新型方法中开辟了一条道路.      

爆轰驱动多介质问题的Lagrange多分区自适应数值模拟研究

凝聚炸药爆轰驱动惰性金属材料形成的多介质流动问题广泛存在于工程应用领域, Lagrange方法由于其物质界面的高保真特性一直在相关问题的数值模拟中发挥着不可替代的作用.加密网格是提高爆轰驱动多介质问题模拟精度的常用途径之一.然而, Lagrange框架下整体密网格计算常会遇到网格畸变、计算效率低等问题.为此,针对爆轰驱动多介质流动问题,提出了一种Lagrange框架下的非结构网格多层自适应方法,在保证所关心区域局部网格分辨率的前提下,大幅缩减了整体计算规模,提升了Lagrange计算的健壮性.设计了非结构网格多层数据结构,提出了多层网格分层存储、有效网格压至一层进行Lagrange计算的AMR策略,同时还发展了自适应接触滑移耦合算法,实现了AMR计算与多分区接触滑移计算的“紧耦合”.相比于已有工作,所提出的AMR方法既保持了非结构网格多层数据结构的灵活性优势,又避免了Lagrange框架下多层网格分别计算带来的层间耦合困难,同时因实现了与接触滑移的自适应耦合,使得它能很好地适应多分区的多介质问题.在一维、二维爆轰算例验证所提出方法正确性的前提下,开展了拐角爆轰、多层炸药隔爆和有限尺寸弯...     

二维柱坐标系中守恒的保球对称的中心型拉氏方法

提出了一种Godunov型中心型拉氏方法,用于求解二维柱坐标系中的可压缩多介质Euler方程组,该方法完全在体积控制体上离散,不仅保证质量、动量和总能量守恒,且该方法在二维柱坐标系中保一维球对称;并且对一维球对称问题在球对称网格划分下,精度测试表明该方法具有一阶精度,算例显示方法非常有效。     

柱坐标下Euler方程数值边界条件的一种处理方法

给出了柱坐标下Euler方程数值边界条件的一种处理方法.径向第一个网格点设在距离中心半点位置上.根据相应物理量的特性,在中心附近进行边界延拓,使得内点的高精度差分格式可以同样应用在网格中心附近,从而无需单侧差分格式,保持了一致的高阶精度.对于周向边界,也建立了一种周期延拓方法,使得在周向所有节点处都能够采用同样的高精度格式离散,并进行了数值试验.     

群速度控制格式及二维Riemann解

强激波和强接触间断的数值模拟一直是计算流体力学里一个富有挑战性的课题,它们是很多实际流动的基础。三阶迎风紧致格式是一种具有较高分辨率的高精度方法,但是在计算激波时仍有数值振荡产生。本文根据数值解的群速度特性,在三阶迎风紧致格式的基础上提出了一种群速度控制格式,使得能够正确模拟含有强激波和强接触间断的复杂流动。在此基础上构造了求解包含大压力比和密度比的二维界面问题的数值方法。计算结果表明,方法对激波和接触间断的分辨效果是令人满意的。     

二维柱坐标系中守恒的保球对称的中心型拉氏方法

提出了一种Godunov型中心型拉氏方法,用于求解二维柱坐标系中的可压缩多介质Euler方程组,该方法完全在体积控制体上离散,不仅保证质量、动量和总能量守恒,且该方法在二维柱坐标系中保一维球对称;并且对一维球对称问题在球对称网格划分下,精度测试表明该方法具有一阶精度,算例显示方法非常有效。