尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD)方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用,但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大,对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟,现有成熟的CFD软件仍难以给出满意的结果,为此CFD...尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD)方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用,但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大,对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟,现有成熟的CFD软件仍难以给出满意的结果,为此CFD工作者发展了众多的高阶精度计算格式.如果以适应的计算网格来分类,一般可以分为基于结构网格的有限差分格式、基于非结构/混合网格的有限体积法和有限元方法,以及各种类型的混合方法.由于非结构/混合网格具有良好的几何适应性,基于非结构/混合网格的高阶精度格式近年来备受关注.本文综述了近年来基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展,重点介绍了空间离散方法,主要包括k-Exact和ENO/WENO等有限体积方法,间断伽辽金(DG)有限元方法,有限谱体积(SV)和有限谱差分(SD)方法,以及近来发展的各种DG/FV混合算法和将各种方法统一在一个框架内的CPR(correction procedure via reconstruction)方法等.随后简要介绍了高阶精度格式应用于复杂外形流动数值模拟的一些需要关注的问题,包括曲边界的处理方法、间断侦测和限制器、各种加速收敛技术等.在综述过程中,介绍了各种方法的优势与不足,其间介绍了作者发展的基于"静动态混合重构"的DG/FV混合算法.最后展望了基于非结构/混合网格的高阶精度格式的未来发展趋势及应用前景.展开更多
黎曼边界条件是一种弱施加边界条件。通过引入有限波模型,对亚声速入口、出口以及远场边界可采用精确求解黎曼问题来统一处理,有效简化了此类边界条件的施加过程,避免了基于特征关系式与黎曼不变量的推导,并已在二阶精度非结构有限体积...黎曼边界条件是一种弱施加边界条件。通过引入有限波模型,对亚声速入口、出口以及远场边界可采用精确求解黎曼问题来统一处理,有效简化了此类边界条件的施加过程,避免了基于特征关系式与黎曼不变量的推导,并已在二阶精度非结构有限体积方法中取得了较好的数值表现。为进一步验证该边界条件的实用价值,将其推广至高阶精度非结构有限体积离散。通过基于制造解方法(Method of Manufactured Solutions, MMS)的流动、亚声速无黏圆柱绕流及添加初始高斯脉冲扰动的非定常流动这三类数值算例,分别检验了黎曼边界条件在高阶精度非结构有限体积求解器中的数值表现。从计算结果来看,施加黎曼边界条件不会破坏离散格式的设计精度,同时,相比基于一维黎曼不变量的无反射边界条件,黎曼边界条件的施加过程简便,且维持了较好的出口特性,为基于非结构有限体积方法的高精度数值模拟提供了一种更加简单有效的亚声速边界处理方式。展开更多
对流作用在火灾诱导的烟气运动中占主导地位。为了更好地研究火灾诱导的烟气运动,该文构造了一种新的4阶精度的有限差分格式,用以离散火灾烟气运动的控制方程——低M ach数可压缩N av ier-S tokes方程的对流项。将此格式加入到美国国家...对流作用在火灾诱导的烟气运动中占主导地位。为了更好地研究火灾诱导的烟气运动,该文构造了一种新的4阶精度的有限差分格式,用以离散火灾烟气运动的控制方程——低M ach数可压缩N av ier-S tokes方程的对流项。将此格式加入到美国国家标准技术局开发的火灾模拟软件F ireD ynam ics S im u lator(FDS)中,对典型的油池火灾和单室火灾的问题进行了数值模拟。将速度和温度分布的计算结果与实验结果和二阶精度的FDS程序计算结果相比较,结果表明该文提出的格式在较少的网格下得到了比二阶精度格式更接近于实验值的结果。这说明在火灾模拟中,相对于二阶精度的格式来说,高精度格式是一种更好的选择。展开更多
In this paper, a PLU-AUSMPW+ method based on a time-derivative preconditioning algorithm by using LU-SGS method and AUSMPW+ scheme is presented, in order to calculate compressible flows from low Mach number subsonic t...In this paper, a PLU-AUSMPW+ method based on a time-derivative preconditioning algorithm by using LU-SGS method and AUSMPW+ scheme is presented, in order to calculate compressible flows from low Mach number subsonic to supersonic. The third-order MUSCL scheme with Van Leer limiter is used to extend the basic first-order AUAMPW+ scheme to third-order spatial accuracy for all test cases. The PLU-AUSMPW+ method is applied to calculation for two-dimensional compressible Euler and Navier-Stokes equations. The convergence, stability and accuracy of the PLU-AUSMPW+ method are demonstrated through computation of a wide variety of problems. The computed results are compared with the experimental data or the other numerical results available in literatures, and good agreements between them are obtained.展开更多
文摘尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD)方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用,但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大,对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟,现有成熟的CFD软件仍难以给出满意的结果,为此CFD工作者发展了众多的高阶精度计算格式.如果以适应的计算网格来分类,一般可以分为基于结构网格的有限差分格式、基于非结构/混合网格的有限体积法和有限元方法,以及各种类型的混合方法.由于非结构/混合网格具有良好的几何适应性,基于非结构/混合网格的高阶精度格式近年来备受关注.本文综述了近年来基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展,重点介绍了空间离散方法,主要包括k-Exact和ENO/WENO等有限体积方法,间断伽辽金(DG)有限元方法,有限谱体积(SV)和有限谱差分(SD)方法,以及近来发展的各种DG/FV混合算法和将各种方法统一在一个框架内的CPR(correction procedure via reconstruction)方法等.随后简要介绍了高阶精度格式应用于复杂外形流动数值模拟的一些需要关注的问题,包括曲边界的处理方法、间断侦测和限制器、各种加速收敛技术等.在综述过程中,介绍了各种方法的优势与不足,其间介绍了作者发展的基于"静动态混合重构"的DG/FV混合算法.最后展望了基于非结构/混合网格的高阶精度格式的未来发展趋势及应用前景.
基金Project supported by the National Key Research and Development Project of China(2016YFA0401200)the National Natural Science Foundation of China(11301525)~~
文摘黎曼边界条件是一种弱施加边界条件。通过引入有限波模型,对亚声速入口、出口以及远场边界可采用精确求解黎曼问题来统一处理,有效简化了此类边界条件的施加过程,避免了基于特征关系式与黎曼不变量的推导,并已在二阶精度非结构有限体积方法中取得了较好的数值表现。为进一步验证该边界条件的实用价值,将其推广至高阶精度非结构有限体积离散。通过基于制造解方法(Method of Manufactured Solutions, MMS)的流动、亚声速无黏圆柱绕流及添加初始高斯脉冲扰动的非定常流动这三类数值算例,分别检验了黎曼边界条件在高阶精度非结构有限体积求解器中的数值表现。从计算结果来看,施加黎曼边界条件不会破坏离散格式的设计精度,同时,相比基于一维黎曼不变量的无反射边界条件,黎曼边界条件的施加过程简便,且维持了较好的出口特性,为基于非结构有限体积方法的高精度数值模拟提供了一种更加简单有效的亚声速边界处理方式。
文摘对流作用在火灾诱导的烟气运动中占主导地位。为了更好地研究火灾诱导的烟气运动,该文构造了一种新的4阶精度的有限差分格式,用以离散火灾烟气运动的控制方程——低M ach数可压缩N av ier-S tokes方程的对流项。将此格式加入到美国国家标准技术局开发的火灾模拟软件F ireD ynam ics S im u lator(FDS)中,对典型的油池火灾和单室火灾的问题进行了数值模拟。将速度和温度分布的计算结果与实验结果和二阶精度的FDS程序计算结果相比较,结果表明该文提出的格式在较少的网格下得到了比二阶精度格式更接近于实验值的结果。这说明在火灾模拟中,相对于二阶精度的格式来说,高精度格式是一种更好的选择。
文摘In this paper, a PLU-AUSMPW+ method based on a time-derivative preconditioning algorithm by using LU-SGS method and AUSMPW+ scheme is presented, in order to calculate compressible flows from low Mach number subsonic to supersonic. The third-order MUSCL scheme with Van Leer limiter is used to extend the basic first-order AUAMPW+ scheme to third-order spatial accuracy for all test cases. The PLU-AUSMPW+ method is applied to calculation for two-dimensional compressible Euler and Navier-Stokes equations. The convergence, stability and accuracy of the PLU-AUSMPW+ method are demonstrated through computation of a wide variety of problems. The computed results are compared with the experimental data or the other numerical results available in literatures, and good agreements between them are obtained.
