一种基于欧拉方程通量分裂的五阶有限差分共权多分辨率WENO格式

本文研究了欧拉方程的高精度数值解法,在多分辨率WENO数值格式中引入了共权思想,获得了一种新的五阶有限差分共权多分辨率WENO格式.数值实验表明,该方法在解的光滑区域能获得一致的高精度,在强间断附近能保持数值解基本无振荡的性质,从而验证算法的有效性.

求解一维双曲守恒律方程的高分辨率格式

对于双曲守恒律方程,当存在激波或间断时,熵相容格式会出现非物理振荡,为抑制振荡同时提高格式的分辨率,利用限制器构造高分辨率格式,对已有的sweby及MC限制器进行改进,将改进后的限制器添加至熵相容格式中。在一维双曲守恒律上进行数值实验结果表明,所构造的高分辨率熵相容格式具有鲁棒性、无振荡性等良好特性。

一类高效率高分辨率加映射的WENO格式及其在复杂流动问题数值模拟中的应用

由于映射操作会带来额外的计算时间消耗,传统加映射的WENO格式存在计算效率低的缺陷.为了提高传统加映射WENO格式的计算效率,通过利用标准符号函数的一种近似逼近函数构造出一族近似常值映射函数,本文提出了一种新的加映射WENO格式,称为WENO-ACM.新映射函数满足文献中已有WENOPM6格式映射函数的全部设计要求,其中WENO-PM6是一种为了克服经典WENO-M格式潜在的精度丢失缺陷而提出的格式.新格式保留了WENO-PM6在低耗散和高分辨率方面的优势,同时,显著的减少了每个时间步映射过程中的数学运算操作数,进而在计算效率方面获得了明显的提升.理论分析表明,新格式在即使包含临界点的光滑区域也能够获得最佳收敛精度.对近似色散关系的研究表明,新格式的频谱特性也得到了显著的提升.对大量标准测试算例进行了模拟计算,包括精度测试、激波管问题、激波-熵波相互作用、爆炸波相互碰撞、二维黎曼问题、双马赫反射、前台阶流动、瑞利-泰勒不稳定性和开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题等.与广泛认可的WENO-JS, WENO-M, WENO-PM6格式综合比较发现,新提出的WENO-ACM格式在高效率、低数值耗散和间断捕捉等方面都有显著的改进.最重要的是,与WENO-M和WENO-PM6格式相比, WENOACM将相对于WENO-JS格式的额外计算时间消耗分别减少了80%和90%以上.

高精度高分辨率WENO格式分析与改进

高精度、高分辨率计算格式对提高超声速复杂流场的计算水平有重要的意义。WENO格式是在ENO格式基础上发展起来的一类新型高精度、高分辨率格式,本文在格式加权算法理论和数值分析的基础,对加权算法进行了改进,通过模型问题应用可以看出:改进后格式权值的计算更为光滑,仍具有高精度、高分辨率的性质,并克服了随网格变化而出现的波动现象。

浅水磁流体方程的高分辨率熵稳定格式

本文构造了一种求解浅水磁流体方程(Shallow Water Magnetohydrodynamics Equations,简称为SWMHD方程)的高分辨率熵稳定格式(ES2)。主要构造过程是将一种基于MUSCL (Monotone Up-stream-centred Scheme for Conservation Laws)型重构方法的新型斜率限制器应用于SWMHD方程的熵稳定格式(ES)中,得到了具有二阶精度的高分辨率熵稳定格式,该格式在间断区域通过合理控制耗散的方式有效地抑制了非物理现象的产生。将新构造的格式(ES2)和熵稳定格式(ES),熵守恒格式(C)应用于一维和二维SWMHD方程问题求解中,数值结果表明,该格式能够准确地捕捉解的结构,在光滑区域达到了高阶精度,且在间断区域没有非物理振荡。

高分辨率格式在非定常无粘可压缩流动中的应用研究(英文)

本文发展了一种计算非定常无粘可压缩流动的高分辨率格式。通量计算采用AUSMPW+Rie-mann求解器,其中使用了基于单调性的压力加权函数f,并与Roe Riemann求解器进行比较。为提高精度,使用五阶WENO格式进行左右状态插值,且时间推进采用三阶TVD Runge-Kutta方法。用该方法对移动接触间断问题、Sod激波管问题、二维激波反射问题和双马赫反射问题进行了数值计算,数值结果表明基于五阶WENO插值的AUSMPW+格式有很高的激波及接触间断分辨能力,并比基于五阶WENO插值的Roe格式有更高的计算效率。

涡流数值模拟中的计算格式粘性分辨率探讨

采用理论分析和三角翼数值模拟实验相结合的方法 ,研究了目前常用的CFD计算格式———Jameson中心格式、RoeFDS格式、VanLeerFVS格式、迎风TVD格式等的粘性分辨率 ,论述了Jameson中心格式和RoeFDS格式在粘性分辨率上具有的优势 。

求解双曲守恒律方程的高分辨率熵相容格式

为提高熵相容格式的精度,利用限制器机制构造高分辨率格式,将构造的通量限制器插入熵相容格式,得到一类高分辨率熵相容格式.构造Euler方程高分辨率熵相容格式时,对熵相容格式中的几个参数做简单调整,提高了接触间断处的分辨率.将所得格式的数值结果与熵相容格式的数值结果比较表明,构造的高分辨率熵相容格式具有稳健和基本无振荡等特性.

Compact-WENO杂交格式中旋涡识别的多分辨率分析方法

在Compact-WENO杂交格式中,判定流场中解的光滑性、设计间断检测算法是最为关键的部分。对于高维问题,已有的间断检测算法,如多分辨率分析(MR)方法,通常采用维数分裂的方法进行间断的捕捉,往往将湍流中光滑的旋涡结构误判为间断,从而导致杂交格式无法准确地求解这些细小的旋涡结构。本文基于流场中的散度和旋度,改进了多分辨率分析的系数,使得旋涡处的系数接近于零,从而避免MR方法对旋涡结构的误判。几个典型的二维数值模拟表明,改进后的多分辨率分析方法能够准确地识别间断结构和光滑的旋涡结构,结合新方法的杂交格式比五阶WENO-Z格式的效率高2~3倍。

采用重组模板的权重优化WENO-Z格式

针对精确模拟含激波等复杂流动结构的流场对高精度格式的低耗散低色散要求,基于5阶有限差分WENO-Z格式,提出一种模板重组技术。在计算WENO非线性权时,引入一个由3点模板重新组合的4点模板,优化原格式中各模板的权重分配,进而提出了两种改进WENO-Z格式。采用近似色散关系分析方法对改进前后格式色散与耗散特性进行了对比与分析。分析表明:两种改进格式耗散有不同程度的降低。数值实验表明:改进格式具有更优越的激波捕捉性能,对小尺度流场结构具有更高的分辨率。

引入格式塔理论的超分辨率图像重建技术

超分辨率图像重建是一个不适定问题,学术上富有挑战性,在影像处理、高分辨率对地观测等领域具有广泛的用途,其目标评价特性与格式塔理论关于视像认知的相以性、共性线、同趋性等高度吻合.本文引入格式塔理论,在国际图像与视频压缩标准JPEG2000、MPEG-4推荐的提升小波分解与重建框架下,开展重建级大于分解级的超分辨率图像重建模型与算法研究,有如下三方面的贡献:1)对高频信息进行高精度估计,重建获得超分辨率图像,最高频系数置零的小波变换去噪为超分辨率图像重建提供了一个逆向成功的范例;2)遵循格式塔理论,对边缘轮廓、纹理及高频细节信息进行重建;3)建立了带格式塔约束的超分辨率图像重建优化模型框架,体现了人类视觉评价指标.

求解双曲守恒律方程的高阶WENO型熵相容格式的对比研究

本文采用五阶WENO重构方法,结合熵相容格式,得到求解双曲守恒律方程的高阶WENO型熵相容格式.数值实验证明了所得格式的鲁棒性.

求解双曲守恒律方程的高分辨率熵稳定格式

熵稳定格式从物理概念出发,保证总熵关于时间耗散,在计算过程中无需进行熵修正,有效避免如膨胀激波,负压力等非物理现象,显示出独特的优点.通过插入限制器和在单元交界面处进行高阶重构,得到一类高分辨率的熵稳定格式.算例结果表明,格式具有可靠性,高精度和基本无振荡性等特点.

浅水流动有限元分析及其高分辨率格式

建立了一种高分辨率格式的有限元法 ,并在此基础上对二维浅水流动的间断问题进行了数值模拟。该有限元格式同传统的有限元法相比 ,既具有较高的离散精度 ,同时又能避免间断附近的高频振荡和对流占优造成的虚假振荡。文中算例给出的以浅水方程作为控制方程的溃坝流动的模拟结果同高分辨率格式的有限体积法、有限差分法的模拟结果吻合较好 ,表明文中的格式是可靠有效的。

多介质流体力学计算的高分辨率格式

将 Harten(1983)的高分辨率 TVD 格式应用于一维 Lagrange 流体力学方程取得了成功,特别是按照传统的拉氏方法将热力学量ρ,p,e 离散化以后取在网格中心,速度则取在网格边界处,而将 TVD 格式中的一些附加项看作人为粘性得到了满意的结果;得到一种计算多种介质的非守恒的高分辨率格式;给出了部分数值结果。

三点强紧致加权高分辨率高阶格式及其应用

本文分别给出了采用有限体积计算时采用高阶格式遇到的网格单元体界面上三阶、四阶与五阶格式精度下的数值通量表达式,并且给出了确定权函数过程中所遇到的光滑因子表达式．文中首先对模型方程进行了格式分辨率方面的检验,然后将格式用于某涡轮级的实际流场计算．数值结果表明:所给出的高分辨率、高阶格式具有较高的激波分辨率并且具有较高的数值精度,在计算流场时,它可以用较少网格点去取代普通低阶精度格式下所采用的较密网格．

一类三维时空二阶精度高分辨率MmB差分格式

直接把Nessyahu和Tadmor[1,2]的思想推广到三维非线性双曲型守恒律情形,以交错形式Lax-Friedrichs格式为基本模块,使用二阶分片线性逼近代替一阶分片常数逼近,减少了Lax-Friedrichs格式的过多数值粘性.通过对混合导数离散形式的适当处理,构造了一类不须解Riemann问题、具有时空二阶精度高分辨率的MmB差分格式。这些差分格式很容易推广到向量系统中去。最后,一些数值模拟计算结果也证明了这些差分格式的有效性。

高分辨率差分格式的数值分析与限制因子的构造

本文利用差分方法余项效应理论，分析比较了一些典型的限制因子·对不同的限制因子，格式的表现明显差异主要是由其数值耗散性、色散性强弱不同所致·在分析比较格式的数值耗散性、色散性之后，本文提出了一种新的限制因子，得到的格式在解的剧烈变化区具有更高的分辨率，在光滑区避免了由于数值色散性较强导致的失真·数值试验表明该格式具有较好的性质·

水击波数值模拟中高分辨率TVD格式优选

TVD方法特别适合数值模拟双曲型偏微分方程间断波问题,选用4种典型的TVD格式应用于水击方程的数值模拟。通过水击实例计算,将数值结果与理论解比较,揭示4种不同构造形式的TVD格式在捕捉水击波方面耗散性和压制性数值性能的差异,且TVD格式均优于常规的差分方法;改变计算库朗数条件下的计算结果表明:Harten修正通量TVD格式、TVD-MC格式以及全离散TVD格式在大范围库朗数条件下计算稳定性较差,优选Sweby反扩散TVD格式模拟水击,其计算稳定性良好,精度较高。

高精度高分辨率迎风格式应用于不同速度范围内粘性流动

提出了一种适合于不同速度范围的高精度高分辨率的迎风有限差分格式，并基于此数植模型发展了适应于速度范围极宽的非定常粘性流动通用软件，不仅适用于超音速下捕捉强间断面，跨音速及高亚音速下捕捉弱间断面和滑移面，还可以精确地模拟低速情况下的粘性流动。此软件可分别用于研究内流和外流的流动特性以及预估其粘性损失。