基于通量分裂的一阶迎风差分格式在传输线分析中的应用

利用一阶偏微分方程组将属于一阶双曲型偏微分方程组的多导体传输线方程变换为一阶线性常系数方程组,应用偏微分方程的特征线构造该方程组的一阶迎风格式,将一阶线性方程组的系数矩阵进行通量分裂,结合阻性负载的边界条件,计算出传输线的瞬态响应。最后通过仿真将本文计算结果与利用具有二阶精度的传统时域有限差分(FDTD)格式和LaxWendroff格式计算出的结果进行比较。结果表明:本文算法克服了传统FDTD格式和LaxWendroff格式在间断解处的非物理振荡,同时还具有简单稳定,适用范围广的特点。

隐式通量分裂线松驰迭代求解三维跨音速叶栅无粘绕流计算

本文从三维Euler方程出发,采用隐式矢通量分裂并结合Gauss-Seidel线迭代以形成一种非近似因式分解的有效算法。在该算法格式中右端的显式项采取二阶精度的离化处理,在求解隐式方程时,采用沿主流动方向往返扫描一次,其余两个方向交替变换Gauss-Seidel线迭代推进方向的方法。

Euler方程的分裂型通量分裂双时间步隐式方法

传统隐式方法有格式复杂、计算量大等缺点,在Euler方程的差分离散过程中,利用算子分裂思想,结合通量分裂法、双时间步法等隐式离散方法,构造了一种更简单的分裂型隐式计算方法.通过对典型空气动力学问题的计算,检验了该方法的有效性和可靠性,并对其性能做了具体讨论.该方法具有稳定性好、时间步长约束小等隐式格式的普遍优点,同时具有格式简单、程序易实现等优点;避免了传统隐式方法单步推进时的方程组常规求解及矩阵求逆过程,计算量小;比LU-SGS方法收敛速度快.

一种求解欧拉方程改进的通量分裂方法

本文以Steger-Warming提出求解Euler方程的通量分裂方法为基础,利用改进的特征值分裂方法,建立了一种连续的通量分裂方法。该方法克服了Steger-Warming通量分裂法存在的分裂后的通量在个别点导数不连续的问题,同时方法简单,便于推广。对于通量分裂后的Euler方程,采用迎风格式,建立了相应的二阶隐式有限体积方程。为了减少求解所得块矩阵方程组所需要的工作量,本文利用特征变换,在不改变原方程组离散化精度的前提下,将所得块矩阵方程组化为分离的代数方程组进行求解,从而大大减少了计算量。文中分别对一维管流,二维绕NACA-0012和NACA64A-10翼型在亚声速和超声速来流的跨声速流场进行了计算,并将所得结果与有关实验和计算结果进行了比较,均符合良好。 本文所建立的方法具有占机内存小,计算时间短的优点。在普通中小型计算机上亦可使用。

一种求解欧拉方程的新的矢通量分裂方法

基于欧拉方程的求解提出了一种新的通量分裂方法,分别探究了与之相应的对流方程及压强方程,并对Zha-Bilgen格式进行了修正.利用新格式分别对一维欧拉方程的6个算例进行了计算,并将所得结果与精确解及现存的格式进行比较.数值算例表明新格式具有简单易行、鲁棒性和精确性等优点,而且此格式对接触间断位置及剪切波捕捉精确.

基于样条逼近有限体积法的通量分裂算法

研究了任意曲线坐标系中求解双曲型守恒律的高精度、无波动样条逼近有限体积方法 ,比较了三种不同的通量分裂技术在这种方法中的应用。数值实验表明 ,在不同的通量分裂技术下 ,该方法对流场中的激波和接触间断都有很高的分辨率。

矢通量分裂法在喷管超声速喷流计算中的应用

研究了一种适用于喷管超声速喷流场的数值模拟方法。采用矢通量分裂法对喷管超声速无粘喷流场进行了数值模拟。将矢通量分裂法应用到轴对称Euler方程,并对发动机喷管尾部超声速射流进行了数值计算。计算结果与实验纹影图所反映的流动特性相吻合,与其他高精度数值格式的计算结果相比,矢通量分裂法的计算结果在轴线反射点附近具有很高分辨率,表明该方法对激波具有较好的间断捕捉能力,不会产生伪振荡或抹平现象。

一类基于通量分裂和最小二乘拟合的差分格式

将通量分裂为正负通量,根据流向及逆风特性选取节点,利用最小二乘拟合分别重构正负通量导数,并结合二阶Runge-Kutta TVD时间离散,构造了一维双曲型守恒律方程的一类新的二阶精度差分格式,并按分量形式推广到方程组,通过几个典型数值算例验证了格式的有效性.

欧拉方程数值求解的高精度通量分裂方法

针对欧拉方程,提出一种将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与加权本质无振荡(WENO)格式相耦合的新格式。在空间方向上,通过对低耗散E-CUSP格式的通量,采用高精度WENO格式进行重构;在时间方向上,使用4阶总变差递减(TVD)的Runge-Kutta方法进行推进,由此得到求解欧拉方程的高精度通量分裂方法。考虑E-CUSP格式与WENO重构进行耦合得到新格式,使其空间精度进一步提高。通过对激波管问题进行数值模拟发现,新的格式相对于E-CUSP格式对激波和接触间断捕捉的效果更加精准。数值结果表明:耦合得到的新格式具有更高的准确性和稳健性。

矢通量分裂显式格式及二元喷管射流模拟

本文在较常用的显式两步格式的基础上 ,采用 Steger- Warming形式的矢通量分裂 (简称矢分或 FVS)的原理 ,提出了一种矢分二阶精度显式两步格式。在分析了格式的各种特性后 ,与Mac Cormack格式进行了实算对比。又给出了某二元喷管射流问题的模拟实例。计算结果表明 ,矢分与该显式格式的配合具有矢分法的基本优点和计算稳定、速度较快的优点。

一类基于通量分裂的时空二阶精度差分格式

通过对数值通量进行分裂、重构和修正,结合二阶Runge-Kutta TVD时间离散方法,构造了一类求解一维双曲型守恒律的时空二阶精度差分格式,并分别按分量方法和特征分解方法推广到一维守恒律方程组的情形.最后通过几个典型数值算例验证了格式的有效性.

一种基于低扩散通量分裂方法的WENO格式研究

将低扩散通量分裂格式(LDFSS)和加权基本无振荡格式(WENO)相结合,构造出一种混合格式,其中WENO格式用于物理量重构,而LDFSS用于通量分裂。采用这种格式对Riemann问题、钝头体高超声速无粘绕流流场进行了计算,并对超声速平板湍流边界层进行了混合LES/RANS模拟,计算结果表明:相对于采用Lax-Fridrichs分裂的WENO格式来说,这种混合格式对于激波和接触间断的分辨率更高,并且在标量保正性方面更优,收敛性更好;而相对于采用带有Minmod限制器的MUSCL方法进行物理量高阶重构的LDFSS格式来说,这种混合格式在混合模拟的计算中能够更好地反映湍流流场的脉动特性,计算得到的湍流速度脉动量的统计值更加准确。

一类三维基于通量分裂的高精度MmB差分格式

采用谱体积(SV)方法划分计算域,研究了双曲型守恒律的高精度差分格式;引入牛顿数值差商,重构小区间交界面上的正、负数值通量,并给出了校正公式;对时间离散采取高阶Runge-Kutta TVD方法,构造了三维非线性双曲型守恒律方程的一个高精度、高分辨率的守恒型差分格式,证明了格式的MmB特性。数值模拟计算结果表明了MmB差分格式的有效性。

一类基于通量分裂的二阶精度TVD差分格式

基于通量分裂和逆风特性,选取单元交界面上的正、负数值通量,并结合高阶Runge-KuttaTVD时间离散方法,构造了一维非线性双曲型守恒律的一类二阶精度的差分格式,证明了差分格式的TVD特性。按分量形式推广到方程组。通过几个典型的数值算例验证了格式的有效性。

基于局部Lax-Friedrichs通量分裂格式的透视SFS

提出了一种基于局部Lax-Friedrichs通量分裂格式的快速扫描算法,用以解决透视投影下的SFS问题。先对透视投影SFS进行建模,将其转换为静态Hamilton-Jacobi方程,再结合局部Lax-Friedrichs通量分裂格式和快速扫描算法对静态Hamilton-Jacobi方程进行求解,从而得到物体表面。本文算法可以用于非凸Hamiltonian函数的情况,提高了局部分析能力,不需要对初始高度进行估计,且算法简单,易于实现。对合成图像和实际图像的实验表明本文算法可以得到较好的透视投影SFS的恢复结果。

结合矢通量分裂的NND格式及其应用

将Van Leer矢通量分裂格式和NND格式相结合构成一种基于Van Leer矢通量分裂的差分方法,通过对激波管的数值分析证明该算法有着良好的计算精度和计算效率,且能自动捕捉激波.

矢通量分裂隐式三维NND有限体积方法及应用

建立了三维矢通量分裂隐式 NND有限体积格式 ,对三维高超声速绕流及激波绕射问题数值模拟试验表明 :文中构造的格式仍保持 NND优点 ,具有较高的激波分辨率 ;有良好的计算稳定性 ,节省计算时间 .

基于平均逆映射的三阶通量分裂差分格式

基于通量分裂、逆风特性及平均逆映射方法,选取数值通量导数,利用三阶Runge-Kutta TVD时间离散方法,构造得到求解双曲型守恒律方程的一个三阶精度通量分裂差分格式.最后,给出了几个标准数值算例,以验证格式具有形式简单及高分辨率等特性.

一种基于AUSM思想的通量分裂方法

根据对流迎风分裂(AUSM)思想提出一种通量分裂方法,称为K-CUSP格式.它与传统H-CUSP和E-CUSP格式的最大差异在于总能量的分裂:K-CUSP格式将无粘守恒通量中所有的运动学量分裂到对流项,所有的热力学量分裂到压力项,即总能量被分裂成动能和静焓.对于压力项的数值通量,采用一种新的界面构造方法.数值测试表明:1K-CUSP格式继承了FVS格式的简单性和稳健性.在激波后不易出现压力过冲,在膨胀区域没有振荡,优于AUSM和WPS格式;2K-CUSP格式继承了FDS格式的分辨率.激波间断的分辨率和H-CUSP、E-CUSP格式基本相同,接触间断的分辨率高于FVS格式,低于Roe、AUSM和WPS格式.AUSM和WPS格式在计算运动接触间断时,速度存在很大振荡,而新格式不存在振荡.

求解可压缩流的二维通量分裂格式

传统的一维通量分裂格式在计算界面数值通量时,只考虑网格界面法向的波系。采用传统的TV格式分别求解对流通量和压力通量。通过求解考虑了横向波系影响的角点数值通量来构造一种真正二维的TV通量分裂格式。在计算一维数值算例时,该格式与传统的TV格式具有相同的数值通量计算公式,因此其保留了传统的TV格式精确捕捉接触间断和膨胀激波的优点。在计算二维算例时,该格式比传统的TV格式具有更高的分辨率;在计算二维强激波问题时,消除了传统TV格式的非物理现象,表现出更好的鲁棒性;此外,该格式大大提高了稳定性CFL数,从而具有更高的计算效率。因此,本文方法是一种精确、高效并且具有强鲁棒性的数值方法,在可压缩流的数值模拟中具有广阔的应用前景。