移动边界的有限体积KFVS方法在一维溃坝波计算中的应用

本文从Boltzmaun方程出发,采用有限体积KFVS(Kinetic flux-vector splitting)方法,对微观粒子的速度分布进行组合,给出了模拟河道洪水演进时干湿交界处移动边界的一种新方法。并成功地模拟了大坝下游为干河道的一维溃坝模型,通过和精确解的比较得出,此方法在处理河道移动边界问题上是成功和有效的。

有限体积KFVS方法在二维溃坝中的应用

本文采用了基于KFVS格式的有限体积方法 (FVM)求解了控制水流运动的二维浅水方程 ,建立了二维水坝瞬间溃坝的洪水演进模型 .并应用此模型模拟了二维非对称溃坝和对称溃坝情形下坝左下角有障碍物时的洪水波演进过程 .模拟结果表明该数学模型对二维浅水运动的模拟很有效 .

多分量流计算的高分辨KFVS有限体积方法(英文)

论及高分辨分子动力学通向量分裂 (KFVS)有限体积方法的推广。在方法中提出了适当修改Maxwell平衡分布用以修复Euler方程。基于熟知的Euler方程与Boltzmann方程的关系 ,提出了一类求解多分量Euler方程的高分辨分子动力学通向量分裂 (KFVS)有限体积方法。应用该方法不需要求解任何Riemann问题或求解附加的非守恒压力方程也不需要任何非守恒修正。数值计算表明 ,数值解在物质界面附近无振荡 ,激波速度也正确 ,显示出方法的高精度及其稳健性。

油藏组分模型的无网格扩展有限体积法

本文开发了油藏组分模型的首个无网格数值求解器。该无网格求解器使用生成时受拓扑约束较少的点云和扩展有限体积法分别离散油藏计算域和控制方程,可以直接使用网格类模拟器中已有的非线性求解器计算全局非线性离散方程组而获取油藏计算域压力、相饱和度和组分浓度的分布。采用两个典型的油藏组分模型算例(包括CO_(2)驱和蒸汽驱)用以检验该无网格模拟器的计算表现。算例结果表明,相较于网格类方法,该无网格模拟器能够显著降低对复杂油藏计算域的离散难度,且能避免笛卡尔网格有限体积法的网格取向效应,提高了计算精度和非线性求解的收敛效率。

适用于非静力大气模式的完全平衡多矩约束有限体积方法

大气数值模式离散垂直动量方程时,一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力,基于高精度多矩约束有限体积方法引入完全平衡数值公式,即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造,发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。一维标准数值试验表明,完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差在计算机的单精度(10-6)和双精度(10-14)水平,在具有小量级扰动的初始条件下,完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播,二维非静力热泡试验进一步验证了完全平衡多矩约束有限体积方法对非静力大气运动的模拟能力。数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和适用性,这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。

离散Boltzmann方程的求解:基于有限体积法

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳定性有着直接影响.为了提高数值模拟的可靠性,本文引入有限体积法用于求解离散Boltzmann方程.有限体积法是一种常用的数值计算方法,具有守恒性强、精度高等特点,可用于有效处理高速可压缩流体的数值计算问题.本文采用MUSCL格式进行重构,并引入了通量限制器以提高数值计算的稳定性.最后,对基于有限体积的离散Boltzmann方法进行了验证,数值算例包括冲击波、Lax激波管以及声波.结果表明,该方法能够准确刻画冲击波、稀疏波、声波,以及物质界面的演化,同时确保系统的质量、动量和能量守恒,还可以准确测量流体系统的流体力学和热力学非平衡效应.

基于有限元与有限体积法的直流输电线路合成电场计算方法

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强。为了准确计算地面合成电场,基于有限元和有限体积法提出一种计算直流输电线路合成电场的混合方法。为了验证该文算法的有效性,在实验室搭建了单极性、双极性导线以及分裂导线的实验模型,并进行了大量合成电场测试。同时,与已有算法的计算结果进行了对比。实验验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度。采用所提出的方法对±800 kV直流输电线路的地面合成电场进行了预测。

RTM工艺注模过程模拟的有限元/控制体积方法和流动分析网络技术比较

分析了有限元/控制体积方法和流动分析网络技术两种算法的区别,结果表明:在三角形网格上两种算法是一致的,在矩形网格上流动分析网络技术(FAN)相对于传统的有限元/控制体积方法(FE/CVM)可以构造更精确的控制体积表面流率计算方案。算例研究表明:对于矩形网格流动分析网络技术预测的填充时间精度比传统的有限元/控制体积方法提高几倍左右。

求解流体与结构相互作用问题的ALE有限体积方法

本文发展了求解流体与结构相互作用问题的数值方法。采用任意拉格朗日 -欧拉网格 (ALE)和有限体积方法对流体的控制方程进行空间离散 ,而时间项则采用三点向后差分格式 ;对于结构的运动方程采用 Newmark积分方法进行求解 ;为了求解耦合的流体和结构的运动方程 ,采用预测 -多步校正法以避免反复迭代所导致的过大的计算量。作为本方法的应用 ,计算了圆筒内一同轴圆柱的自由振动问题 ,在小振幅的情形下 ,将由计算获得的附加质量和附加阻尼系数与解析解的结果进行了比较 ,同时讨论了大振幅和偏心对附加质量和附加阻尼系数的影响。

基于有限体积格式的自适应笛卡尔网格虚拟单元方法及其应用

基于自适应笛卡尔网格,结合虚拟单元方法处理浸入边界,发展了一种有限体积格式实现模式,数值模拟了二维无粘可压缩流动。本文发展的方法相对于传统的有限差分方法具有执行效率快,易于获得守恒性等优点。最后,利用一些标准算例和多物体流场的计算问题验证了算法的有效性。

基于无结构网格的有限体积法和颗粒方法相结合求解湍流的联合PDF方程

本研究着力于发展一种新的有限体积法和颗粒方法的混合算法 ,用于湍流 (冷态流以及反应流 )的速度 频率 标量联合PDF(probabilitydensityfunction)输运模型方程的数值求解 .采用一种基于无结构网格的有限体积法 ,求解质量、动量、能量平均守恒方程和平均状态方程 ,为联合PDF的输运模型方程的求解提供其所需的平均速度场和平均密度场 ;颗粒方法中 ,用MonteCarlo算法来求解PDF方程 ,为平均场的计算提供能源源项、雷诺应力、热通量、比热比等信息 .两种方法之间的耦合是一个关键 ,为了验证该算法的可行性 ,论文还对二维V型槽后的湍流冷态流场进行了数值模拟 ,并与实验、大涡模拟、k 模型的结果进行了比较 ,结果表明 ,该算法的结果与实验结果吻合得较好 .

三维有限体积TVD方法与冲击波的多级扩散研究

将TVD方法应用到三维,给出三维有限体积TVD方法,并对三维冲击波的多级坑道扩散问题进行了数值模拟。

两种适用于时域有限体积方法的截断边界

将广泛用于时域有限差分（FDTD）的各向异性完全匹配层推广到非结构网格下格子中心型时域有限体积方法（UCFVTD）中，并同Silver-Mtiller截断边界相结合，提出了一种适用于UCFVTD的截断边界条件。将良态完全匹配层推广到三维UCFVTD计算，给出了三维情况下UCFVTD算法在良态完全匹配层中的场方程。通过数值反射试验以及对典型的电磁场散射问题的计算，验证了这两种截断边界条件的有效性和整体算法的稳定性。同以往的Silver—Muller吸收边界比较，反射误差分别有15～25dB和17～28dB改善，提高了计算精度。

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。

对流扩散方程的有限体积-有限元方法的误差估计

本文结合有限体积方法和有限元方法处理非线性对流扩散问题 ,非线性对流项利用有限体积方法处理 ,扩散项利用有限元方法离散 ,并给出近似解的误差估计 .

一维双曲守恒律的龙格-库塔控制体积间断有限元方法

给出数值求解一维双曲守恒律方程的新方法——龙格-库塔控制体积间断有限元方法(RKCVDFEM),其中空间离散基于控制体积有限元方法,时间离散基于二阶TVB Runge-Kutta技术,有限元空间选取为分段线性函数空间.理论分析表明,格式具有总变差有界(TVB)的性质,而且空间和时间离散形式上具有二阶精度.数值算例表明,数值解收敛到熵解并且对光滑解的收敛阶是最优的,优于龙格-库塔间断Galerkin方法(RKDGM)的计算结果.

基于近似Riemann解的有限体积ALE方法

研究二维平面坐标系和二维轴对称坐标系中四边形网格上可压缩流体力学的有限体积ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法.数值方法采用节点中心有限体积法,数值通量采用适用于任意状态方程的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Collela)通量.空间二阶精度通过用WENO(weighted essentially non-oscillatory)方法对原始变量进行重构获得,时间离散采用两步显式Runge-Kutta格式.数值例子显示,方法具有良好的激波分辨能力和高精度的数值逼近能力.

有限体积元数值方法在大气污染模式中的应用

运用有限体积元方法分析求解大气污染模型问题,分别选取试探函数空间和检验函数空间为一次元函数空间和分片常数函数空间,并且给出L2估计和H1估计,通过数值实验与有限差分方法进行分析与比较,说明其有效性.为改善大气污染问题的模拟提供实用有效的方法.

二维非结构网格的一个TVD型有限体积方法

文章将有关文献提出的有限差分算法应用到有限体积方法中,在无结构任意三角形网格上建立了一种守恒型有限体积的高分辨率算法,该方法简单易行,应用改进后的算法到二维浅水波方程的求解上,进行了二维部分溃坝、圆坝两个算例的数值模拟,模拟结果表明:改进后的算法既有较高的激波捕捉能力,又能处理界面任意复杂的计算问题。

格心型有限体积法格点变量重构方法研究

根据网格格点变量计算单元变量梯度是二阶空间精度格心型有限体积法梯度重构的常用方法,该方法的关键是根据格点的邻接单元格心变量构造满足局部线性分布的格点变量.采用加权最小二乘法进行格点变量重构,考虑实际格心变量的非线性分布,提出采用距离反比加权体现不同位置单元对格点变量的影响程度差异;针对扰动或弯曲网格中的格点变量重构出现极值的现象,采用了新的限制方法.采用高雷诺数边界层流动计算中常见的大长宽比、扰动/弯曲网格进行测试,将提出的方法与通常采用的加权平均方法和拟拉普拉斯方法进行对比.算例结果显示距离反比加权的最小二乘法重构精度较好,提出的限制方法避免了扰动/弯曲网格上的格点变量出现极值.