双时间步长加权ENO-强紧致高分辨率格式及在叶轮机械非定常流动中的应用

在非结构网格下,针对非定常三维N-S方程组发展了一种双时间步长高精度快速迭代格式。该格式在时间上具有二阶精度,在空间上将r=3的加权ENO格式与强紧致格式相结合去处理N-S方程中的对流项以及离散方程的右端项,并用四阶精度的紧致格式去计算N-S方程中的粘性项。典型的3个算例从不同侧面对格式进行了考核。计算表明:该算法具有高效率与高分辨率的特征,所得的计算结果与相关实验数据比较吻合,初步表明了该算法可以在非结构网格下模拟非定常流动的物理过程。

非结构网格下非定常流场双时间步长的加权ENO-强紧致杂交高分辨率格式

针对三维非定常、可压缩流场的Navier-Stokes方程组,本文提出一种新的双时间步长高精度快速迭代格式。该格式在时间上具有二阶精度,在空间离散上不低于三阶。在对流项与粘性项的处理上,本格式分别采用了加权ENO-强紧致格式与紧致四阶精度格式的思想。几个典型算例的实践表明:计算结果与相关实验数据比较吻合,初步表明了该算法可以在非结构网格下具有高效率与高分辨率的特征。

高精度ENO格式的有效实现

基本无振荡 (ENO)有限差分格式是近几年出现的一类高精度差分格式 ,重构多项式的形成是 ENO格式构造的核心部分 ,一般均以网格平均值作为插值点。文中由通量值作为插值点 ,构造了一个简单的高精度格式 ,在求解高维欧拉方程时 ,较节省计算时间。引入三阶 TVD Runge-Kutta时间离散 ,就二维欧拉方程的激波反射与双马赫反射问题进行了数值试验 ,试验结果表明格式所具有的高精度和基本无振荡性质 。

基于ENO格式的一维水击波数值模拟

选用近年来广泛应用于空气动力学和溃坝水力学的本质无振荡ENO格式,并采用平均通量差分分裂法对一维水击模型进行数值模拟,计算结果与解析解进行比较后表明:数值解在光滑区具有较高精度,数值耗散性小;在间断附近没有出现虚假数值振荡,与解析解符合较好,200 s与20 s计算结果基本保持一致。证明ENO格式稳定性能好,精度高,能够很好地模拟水击波的演进过程。

高精度ENO格式在喷管流动模拟中的应用

本文分析了ENO格式的特点 ,并应用于Euler方程和全NS方程的迁移项和压力项 ,模拟了各种喷管流动。首先计算了JPL喷管流动 ,取得了和实验一致的结果 ,分析了喷管内产生弱激波的原因 ;其次计算了非定常二维喷管流动 ,给出了相应的计算结果 ,并分析了壁面附近流场的拓扑结构 ;最后计算了摆动喷管的流动及推力矢量计算 ,取得了推力随摆角变化的规律 。

基于ENO格式的一维溃坝水流数值模拟

将ENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于一维Saint-Venant方程组的求解,数值模拟溃坝洪水,得出了水位和流速的沿程分布。经与理论解比较可知,数值解在间断波附近没有出现数值振荡,水位和流速大小与理论解均吻合较好,表明采用ENO格式所建立的高分辨率模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程。

有限谱ENO格式在爆轰波数值模拟中的应用

使用有限谱ENO(EssentiallyNon Oscillatory)格式 ,采用V .P .Korobeinikov二步化学反应模型 ,对稀释的化学当量的氢气和氧气混合物中非定常自维持爆轰波进行了二维数值模拟 ,研究了波的产生和演化机理 ,分析了爆轰波的三波结构和传播过程。计算得到的爆轰波参数和结构与以前的计算和实验结果一致。研究表明 :有限谱ENO格式可以成功地模拟非定常自维持爆轰波。

一维高阶ENO格式的应用研究

构造了基本 ENO有限体积格式 ,在标量守恒系 ,矢量守恒系中研究了 ENO格式的具体应用 ,给出了矢量守恒系中基于特征分量的 ENO重构算法 ,通过采用 Roe平均通量差分分裂 ( Roe-FDS) ,有效地抑制了间断解附近的振荡。一维 Euler方程的数值模拟结果进一步表明 ENO格式具有较高的激波分辨率和较低的数值耗散 。

加权基本无振荡格式研究进展

加权型基本无振荡WENO格式是近十年发展起来的一类高阶、高精度格式,它是在ENO格式的基础上采用加权思想构造的,对流场内的间断和细致结构具有较高的分辨率,适于求解包含激波、膨胀波以及接触间断等复杂结构的流场,目前已发展成为计算流体力学中一种重要的方法。本文针对加权型基本无振荡格式近年来的进展作一简要介绍。

一种低耗散、无伪振荡的实用差分格式

探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题。本文在分析 SOUCU P格式的基础上 ,将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了 WSUC格式。分析表明 ,WSUC格式具有整体二阶空间精度 ,且半离散 WSUC格式具有总变差有界性 ,因而格式可以抑制伪振荡 ;另外还证明了 WSUC格式是无条件对流稳定的。两个典型算例的结果表明 :WSUC格式的数值解的精度较 SOUCUP格式有了显著的提高 ,而计算量没有明显增加。

一个基于非均匀网格上的二阶基本无振荡差分格式

在基本无振荡格式的构造中,将通常的对流通量f的逼近方式推广到对通量导数的逼近,这一构造方法可以有效地应用到非均匀或非结构网格.直接基于非均匀网格上,构造了一个二阶的基本无振荡(ENO)差分格式.该格式具有形式简单,对网格的划分灵活,与传统格式相比不增加计算量等优点.几个数值算例证明了格式的有效性.

基于WENO格式的一维溃坝波的数值计算

应用高精度加权本质无振荡(WENO)格式构造了溃坝水流计算的数学模型,模拟了坝体瞬间全溃时洪水波的运动过程,并将计算值与理论解进行了比较。结果表明,WENO格式精度高,稳定性能好,能够很好地模拟溃坝波的演进过程。

加权ENO格式的构造及数值模拟

将加权ENO格式推广到非结构三角形网格上 ,构造了一类加权ENO有限体积格式 ,提出的插值多项式的构造方式 ,可以减少计算时间 .对于出现的病态方程组 ,给出了解决方法 .此外还给出了插值点的选取方式及加权因子的构造方法 .结合三阶TVDRunge Kutta时间离散 。

基于ENO格式的三阶修正系数格式

不增加基点,仅摄动二阶ENO格式的系数(简记为MCENO),得到一类求解双曲型守恒律方程的三阶MCENO格式.由MCENO格式的构造过程可以看出,MCENO格式保留了ENO格式的许多性质,例如本质无振荡性、TVB性质等,且能提高一阶精度.进一步,利用MCENO格式模拟二维Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性和Lax激波管的数值求解问题.数值结果表明,t=2.0时,MCENO格式的密度曲线处于三阶WENO格式和五阶WENO格式之间,是一个高效高精度格式.值得注意的是,三阶MCENO格式,三阶WENO格式和五阶WENO格式的CPU时间之比为0.62:1:2.19.表明相对于原始ENO格式,MCENO格式在光滑区域有较高精度,能提高格式精度.

一维溃坝波的数值模拟——基于WENO重构的解耦格式

采用五阶精度的WENO格式对界面变量进行数值重构,形成高精度的数值离散格式,对其捕捉溃坝波的能力进行分析。用roe平均对一维浅水方程组进行局部线性化,通过直接和解耦2种格式进行求解,数值模拟溃坝洪水的推进过程,得到沿程的水位和流速分布。与理论解的比较表明基于WENO5重构的解耦格式,具有很高的分辨率,展现了溃坝涌波的运动特性。

用半拉格朗日ENO和WENO格式解Vlasov方程

借鉴ENO和WENO格式的活动模板选择的思想,构造了一种新的semi-Lagrange类格式,并且用它计算了Vlasov方程.该格式在空间插值函数的构造上,并不使用固定的模板来构造插值函数,而是利用Newton差商来选取不同的模板,以达到对振荡的抑制作用.算例表明,该格式对振荡具有很好的抑制作用,同时又具有semi-Lagrange类格式的可以用大CFL条件的特点.该格式对Vlasov方程的计算结果也是令人满意的.

基于WENO格式的爆震波传播过程一维数值模拟

用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用有限体积加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法EF4,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题和间断问题。通过对带有详细化学反应的爆震波传播过程进行了一维数值模拟,获得的爆震波稳定压力以及爆震波传播速度都和理论结果一致,结果表明,WENO有限体积格式可以很好地模拟爆震波传播过程。

高精度ENO格式在射流数值模拟中的应用

本文分析了ENO格式的特点 ,并应用于全NS方程的迁移项和压力项 ,模拟了轴对称和三维射流。首先以轴对称自由射流为算例比较了高阶TVD格式和ENO格式 ,证实了ENO格式捕获复杂激波波系的能力 ;其次计算了四喷管湍射流干扰流场 ,给出了相应的计算结果 ;最后计算了四股射流流入圆管内的流场 ,给出了物理量沿壁面和截面的分布。

双曲型守恒律的无振荡中心差分格式

讨论了双曲型守恒律的一类无振荡中心差分格式。Ｈ．Ｎｅｓｙａｈｕ和Ｅ．Ｔａｄｍｏｒ研究了以交错型ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式（ＬｘＦ）为模块的无振荡中心格式的构造与熵不等式。此类格式利用高阶的ＭＵＳＣＬ型插值替代一阶分片常数逼近，减少了ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式的过多数值粘性，建立了一维标量非线性双曲型守恒律的一类高分辨格式。讨论以非交错ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式为模块建立起的差分格式。证明了此格式具有二阶精度、ＴＶＤ性质并在一定条件下满足熵条件。

一种非结构网格上基于径向基函数重构的ENO格式

基于二维Euler方程,对非结构三角形网格给出了一种基于紧支径向基函数重构的ENO型有限体积格式,方法的主要思想是先对每一个三角形单元构造插值径向基函数,而在计算交界面的流通量采用两点高斯积分公式以保证格式的整体精度,时间离散采用三阶TVD Runge-Kutta方法。最后用该格式对一些典型算例进行了数值模拟,结果表明该方法计算速度快,对间断有很好的分辨能力。