高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取

瑞雷面波频散特征与地下介质特性有着密切的联系。利用瑞雷面波频散特征可反演浅层的地质结构。本文使用了灵活的高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件和高效的SPML吸收边界条件,获得了高精度的瑞雷面波正演记录。在此基础上将数值模拟提取的频散特征与理论的频散特征进行对比,两者非常吻合,验证了瑞雷面波有限差分模拟的精度很高,可用来深入研究复杂情形下瑞雷面波的频散特征。

高精度有限差分在湍流直接数值模拟中的应用

本文采用高精度有限差分法对矩形管道内充分发展湍流换热进行了直接数值模拟,湍流雷诺数Re_T和普朗特数分别为400(Re_m=6200)和0.71,压力泊松方程分别采用两种不同的离散格式(二阶和四阶中心差分离散)。结果表明,同二阶中心差分格式相比,高精度有限差分可以在较少的网格下得到较好的结果;压力泊松方程采用四阶中心差分或二阶中心差分对计算结果的影响甚小,但采用二阶中心差分时,可以节省大量的计算时间。

高精度有限差分法模拟Kelvin-Helmholtz不稳定性

WENO有限差分格式有较高的分辨精度,适合复杂流场的计算,在国际上被广泛采用。本文利用WENO有限差分格式求解2维守恒型欧拉方程,实现了对无粘流体中Kelvin-Helmholtz不稳定性的数值模拟。速度剪切方向采用周期边界条件;扰动增长方向采用嵌边出流边界条件,一个不稳定波长分布64个网格。数值模拟给出的扰动幅值线性增长率与线性稳定性分析给出的结果很好符合,显示了该格式的有效性和精度。数值模拟给出了清晰的密度等值线,表明该方法还具有较好的界面变形捕捉能力。

高精度有限差分法与复杂流动的数值模拟

针对非定常多尺度复杂流动特征,介绍了高精度有限差分法。用Taylor级数和Fourier分析两种方法分析了数值解的特性,色散和耗散效应可能给数值解带来的影响,及对网格Reynolds数的限制,给出了物理尺度和网格尺度之间的关系,对比分析了谱方法和差分法中的混淆误差。最后数值模拟了几种典型复杂流动:可压三维平面混合流,充分发展的可压和不可压槽道湍流,及二维涡——激波干扰声场。

用高精度有限差分法模拟烧蚀瑞利-泰勒不稳定性

求解烧蚀面附近流场的定常解,并以此作为基本流实现用高精度的WENO格式对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的数值模拟.线性增长率与Lindl公式以及线性稳定性分析给出的结果相符合,证明该数值模拟方法的准确性与精度,该方法还具有较好的界面变形捕捉能力.

危化品爆炸大规模高精度仿真软件研发与应用

为精准模拟大尺度化工园区、城市建(构)筑物群、加油/气站等场景内多元、多相危险化学品爆炸传播时空演化,基于多组分反应流Navier-Stokes控制方程,研发高精度保正加权本质无振荡限差分格式、Compact-WENO杂交有限差分格式等先进的数值计算方法;结合网格自适应、计算区域自适应扩大等高效加速算法与信息传递接口并行方法,采用Fortran语言自主开发危化品爆炸高精度有限差分求解器;采用C++语言基于面向对象程序设计方法自主开发适用于有限差分格式的前后处理模块;集成高精度求解器与前后处理模块,自主研发危化品爆炸大规模高精度仿真软件。结果表明:该软件可计算包含任意种组分的化学反应模型,具有多种湍流及湍流燃烧模型,能够实现危化品泄漏-扩散-爆炸全过程数值仿真。

柱坐标下Euler方程数值边界条件的一种处理方法

给出了柱坐标下Euler方程数值边界条件的一种处理方法.径向第一个网格点设在距离中心半点位置上.根据相应物理量的特性,在中心附近进行边界延拓,使得内点的高精度差分格式可以同样应用在网格中心附近,从而无需单侧差分格式,保持了一致的高阶精度.对于周向边界,也建立了一种周期延拓方法,使得在周向所有节点处都能够采用同样的高精度格式离散,并进行了数值试验.

平面压气机叶栅通道分离流动高精度直接数值模拟

采用高精度有限差分格式直接求解二维Navier-Stokes方程组,数值模拟V103平面压气机叶栅分离流动,数值结果表明:在瞬时流场中,吸力面后部发生流动分离,在分离区前端存在大尺度分离涡,分离涡下游是由二次涡和脱落涡交替形成的涡串,直至叶片尾缘,形成以脱落涡为主结构的尾迹;在时均流场中,吸力面后部存在短分离泡,分离区压力分布存在明显压力平台。与逆压力梯度下平板边界层分离流动相比,瞬时和时均流场结构相似;叶栅通道内无量纲涡脱落频率是前者的两倍。与文献计算结果对比表明:叶片表面压力分布除分离区外吻合很好;非定常计算所得分离区轴向长度比定常计算大41%。在分离区内三个二阶统计量均达到最大值,表明流场强非定常性集中在分离区。