拉氏数值模拟中的人工粘性方法

较好的人工粘性需要满足较小的计算开销、不能去除真实具有的涡运动等条件.提出一种应用于拉氏数值模拟中基于Lew人工粘性,同时增加了限制器的人工粘性方法.可以有效减少数值模拟结果对网格的依赖;采用特征值限制器控制施加的人工粘性大小,通过限制器能够区分激波压缩和等熵压缩;方便应用在二维、三维,结构网格或者非结构网格上.

基于人工粘性的间断Galerkin有限元方法

发展了一种基于人工粘性的间断Galerkin有限元方法,作出改进以增强适应性,并向非均匀网格推广。选取了典型算例对方法进行验证。一维激波管算例表明,改进的方法在保持计算结果高分辨率的同时,能够更好地抑制非物理振荡。分析得知,当人工粘性方法用于二阶DG格式时,所得计算结果的数值耗散较大,而当格式精度大于二阶时,采用人工粘性方法所得的结果的分辨率较高。通过计算圆柱高超声速粘性绕流,将三阶DG格式与三阶MUSCL格式和五阶WENO格式的结果进行对比,结果表明,该人工粘性方法对于高超声速流动计算也具有一定的优势。

不可压缩Navier-Stokes方程的压力投影两重网格稳定化人工粘性方法

给出了一个当雷诺数很大时,求解Navier-Stokes方程的压力投影两重网格稳定化人工粘性方法.对速度压力空间采用一般等阶元进行逼近,该方法成功地绕开了LBB条件的限制,克服了对流占优造成的不稳定性,而且由于两重网格的引入,此方法在不改变计算精度和收敛性的前提下提高了计算效率.

人工粘性方法用于复杂大跨屋面的平均风压模拟

在复杂外形大跨度屋面平均风压的数值模拟中,数值计算的稳定性是计算风工程中一个很关键的问题,它往往决定了数值模拟的精度。该文主要以上海浦东国际机场复杂大跨度屋面平均风压数值模拟为例,采用人工粘性方法和通常的低阶迎风格式两种途径,模拟大跨度屋面上的平均风压并与风洞实验数据对比分析,得到人工粘性方法与风洞实验结果更为一致,人工粘性方法是提高复杂大跨度屋面平均风压数值模拟精度的一条有效途径。

二维三温辐射(磁)流体力学拉氏计算中的人工粘性分裂技术

针对使用边粘性和张量粘性进行二维三温辐射(磁)流体力学拉氏计算时激波处离子温度出现非物理尖峰的问题,提出一种人工粘性分裂技术,将人工粘性耗散能量按照电子压和离子压的比分成两部分,并分别加在电子内能和离子内能上.在二维三温辐射磁流体力学程序MARED上实现该技术,并对Z-pinch的内爆动力学过程进行数值模拟.消除了模拟结果中激波处离子温度的尖峰.

半导体器件非线性系统的人工粘性有限元解法

文中采用有限元方法对动力模型进行了数值仿真。首先推导出动力模型的数学模型,即一非线性偏微分方程组,然后给出了对应于偏微分方程组的变分问题。为了对变分问题进行数值求解,应用有限元方法得到了对应的非线性方程组。由于动力模型的强非线性性,在数值求解中采用了人工粘性技术,根据动力模型偏微分方程组的具体特征,提出了具体的人工粘性方法。最后分别通过一维的n+-n-n+硅二极管和二维的GaAsMESFET算例,验证了算法的有效性。

计算网格与人工粘性系数对炸药水中爆炸数值模拟计算的影响分析

在炸药水中爆炸的计算中,网格尺寸和人工粘性系数对计算精度有较大影响。确定合理的网格尺寸和人工粘性系数的取值方法,对提高炸药水中爆炸数值模拟计算精度和减小计算量很重要。本文进行了TNT药柱水中爆炸实验,采用基于爆炸相似率的水中爆炸经验公式法,计算了水中冲击波压力峰值和气泡脉动周期,根据实验测量结果验证了经验公式法的计算精度。在此基础上建立了柱形和球形炸药水中爆炸数值计算模型,采用不同网格尺寸和人工粘性系数,对炸药水中爆炸过程进行了数值模拟计算。通过将数值模拟计算与经验公式法计算结果对比,分析了网格尺寸和人工粘性系数,对水中冲击波压力峰值、气泡最大半径和脉动周期的影响。结果显示:冲击波压力峰值与一次项人工粘性系数和网格尺寸存在指数关系,网格密度与一次项人工粘性系数比值大于400时,炸药水中爆炸数值模拟计算可得到较高精度。

自适应人工粘性中心格式在低马赫数无粘流动计算中的应用

在Euler方程组的预处理方法的研究方向上,采用一种新式的带有自适应人工粘性的显式中心差分格式,对无粘凸包流动进行了数值计算。计算结果表明,该方法可以较好地直接进行Euler方程组对于10-5的低马赫数下的不可压缩流动的计算。

一种具有高分辨率特性的人工粘性法

八十年代发展起来的全变差不增格式在激波计算中所显示的卓越特性使其在气体力学问题的求解中得到广泛的应用。但全变差不增格式的一个缺点是计算量较大。本文提出了一种具有高分辨率特性的人工粘性方法,既保持了全变差不增格式的激波分辨率高的优点,又具有人工粘性法计算量较少的优点。

求解二维双曲守恒律方程的自适应人工粘性熵稳定格式

采用熵守恒格式求解双曲守恒律方程组时,通过加入适当的人工粘性,能使格式达到熵稳定,从而使得到的数值解能收敛于满足物理特性的解。自适应人工粘性在不同的计算区域上,能根据解的特性变化而改变其大小。本文将自适应人工粘性添加到熵守恒格式上,使得新格式满足熵稳定条件。并通过调节系数C使得格式整体达到高分辨率。最后以熵稳定ERoe格式和高分辨率EYee格式作为参照,通过几个二维数值实验,说明新格式的特性。

SPH方法中的Riemann解与人工粘性

本文描述了光滑粒子动力学方法的人工粘性和Riemann解方法,分析了Godunov方法与传统人工粘性方法的耗散项．给定一种人工粘性,总可以找到一种相应的Riemann解法器,使得它们的耗散项在形式上几乎相同．本文利用各种近似Riemann解构造了相应的新的人工粘性．这些新的粘性,无需人工调节粘性系数．本文完成了多个数值试验,比较了使用传统人工粘性方法与Riemann解方法的不同．采用新的人工粘性,辅助热通量粘性,可以获得令人满意的计算结果．

论跨声速流函数计算中的人工粘性

从气体动力学基本方程组出发,根据数值计算方法的理论,分析了近年来在跨声速流动计算中广泛使用的人工密度法,指出流函数计算中采用人工密度法,理论上是有问题的,进而提出一种正确的人工粘性表达式。数值计算表明,它扩大了流函数方法可计算的Mach数范围,使激波位置接近于实验结果。

改进的物理粘性SPH方法及其在溃坝问题中的应用

在低雷诺数物理粘性SPH方法基础上引入再生核粒子法进行密度重构,既避免了用人工粘性所导致的数值耗散问题,又提高了低雷诺数物理粘性SPH方法的数值稳定性;以溃坝问题为例,对比分析低雷诺数物理粘性SPH方法和本文方法的仿真结果表明,本文方法可有效消除数值不稳定,压强和速度分布更加光滑,粒子秩序更好,可应用于雷诺数较高或粘性不可忽略的流动问题.

水下爆炸冲击波数值仿真精度研究

在水下爆炸数值仿真研究中,网格尺寸和一次项人工粘性系数对冲击波峰值压力计算结果有较大影响。在预定计算精度条件下,快速确定网格尺寸及人工粘性对数值计算意义重大。为此,文中基于LSDYNA有限元软件,建立78 g三硝基甲苯(TNT)二维水下爆炸数值计算模型,重点分析网格尺寸和一次项粘性系数对水下爆炸冲击波峰值压力和整体计算误差的影响规律。结果表明,随着网格密度因子的增大,计算峰值压力对网格的敏感性降低,且网格密度较大时,过小的一次项系数会导致计算峰值压力与经验公式值的相对误差增大。在此基础上获得20%范围内误差与网格尺寸、粘性系数之间的关系,并构建出可用于快速确定网格尺寸和一次项人工粘性系数的误差预估模型,通过0.2~5000 kg范围内的TNT柱形装药(长径比为1)和球形装药的水下爆炸计算,验证了预估模型的普适性,可为二维中近场范围内的水下爆炸冲击波数值仿真计算研究提供参考。

基于第二粘性用局部微分求积法计算激波

考虑第二粘性效应,采用局部微分求积法数值求解激波问题.首先解释了在激波计算时,有必要考虑第二粘性,然后基于粘性模型,对一维和二维激波进行了数值模拟,还分别考察了剪切粘性力和第二粘性力对数值结果的影响.结果表明,采用粘性模型加上局部微分求积法能够模拟出激波特征,具有客观、简单的优点.

水下爆炸冲击波数值模拟中的参数影响

为提高数值模拟水下爆炸冲击波的精度,研究了状态方程、网格密度、人工粘性对数值模拟的影响.以球形药包为例,采用有限元程序MSC.Dytran进行数值模拟,将结果与经验公式对比,分析了各参数的影响作用.结果表明,状态方程的形式对结果影响不大,而网格密度有很大影响.为确定最佳的网格密度,定义了一个描述网格密度的无因次量,并给出了不同药量时最佳无因次网格密度的范围.人工粘性能够较好地抑制冲击波压力计算中出现的数值振荡,但同时也引起了冲击波峰值的衰减.调整水的状态方程的系数,能够在保证数值模拟效果的同时,减少水域中的单元数量.

AUTODYN水下爆炸数值模拟研究

采用AUTODYN数值计算软件,对TNT水下爆炸冲击波传播过程进行了数值模拟。计算结果表明,爆炸初期炸药中的爆轰波和水中冲击波是高频波,炸药及其附近水域需要足够细密的网格才能反映出这种特性,建议按照峰压衰减时间常数内至少采样100次的标准划分网格;同时应采用较小的人工粘性系数,减少对冲击波峰值超压的抹平,并对计算结果进行低通滤波,这样计算得到的冲击波压力曲线与经验公式计算曲线吻合得较好,不但可以准确捕捉冲击波峰值压力,而且能够比较准确地计算冲击波在水中传输时的衰减演化过程。

超短脉冲激光辐照下金属薄膜的热行为

对双温模型的重要热学参量电子热容、电子弛豫时间、电子热导率进行量子化处理,使双温模型能适用于自由电子温度比较高的情况.利用前向差分算法,数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型,所得的结果更接近实验值.经过分析得出:1)薄膜前表面自由电子温度达到最大值的时间约为0.27 ps,得到的损伤阈值与实验值符合较好.2)电子热容对电子温升规律影响非常大.电子热导率对自由电子温升规律也有较大的影响.3)在趋肤层内自由电子温升非常快,不同厚度自由电子温度达到最大值所需的时间延迟不明显.趋肤层以下自由电子温度升高较慢,不同厚度自由电子达到最大值所需的时间延迟明显.

弹塑性波计算中的光滑粒子法

采用改进的光滑粒子法 ,对脉冲应力载荷下板中弹塑性一维应变波的传播进行了数值计算 ,比较了人工粘性法和通量修正法处理冲击波间断面的效果。结果表明 ,改进的光滑粒子法在应力波数值计算中有良好的精度。