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一维双曲守恒律方程的保极值无振荡杂交有限体积格式
2024年
本文提出一种保极值高分辨率杂交有限体积格式数值求解一维双曲守恒律方程。基于对流有界准则和TVD准则,并结合Hermite插值过程构造新的高分辨率格式。为克服TVD性质导致的非单调光滑解精度损失,构造杂交因子来有效地识别光滑和间断区域,从而形成杂交高分辨率格式。关于时间积分的常微分方程组使用3阶Runge-Kutta格式进行数值求解。典型数值算例结果显示杂交格式在解的光滑极值点处能保持与线性高阶格式相同的高精度,有效克服了光滑极值点的精度损失而且在间断附近能够有效的抑制非物理振荡。In this paper, an extrema-preserving hybrid non-oscillatory finite volume scheme is proposed to numerically solve the one-dimensional hyperbolic conservation laws. A new high-resolution scheme is constructed based on the convection boundedness criteria CBC and the TVD criterion and a Hermite interpolation process. In order to overcome the loss of accuracy of non-monotonic smooth solutions caused by the nature of TVD, hybrid indicator is constructed to effectively identify smooth and discontinuous regions, so as to form a hybrid high-resolution scheme. Systems of ordinary differential equations about time integration are solved numerically using the third-order Runge-Kutta format. Numerical experiments on typical test cases show that the hybrid scheme achieves third-order accuracy at the smooth extremum of the solution and effectively suppress unphysical oscillations in the vicinity of discontinuities.
贺婧高巍
关键词:双曲守恒律方程有限体积法HERMITE插值
WENO型有限体积格式高超声速数值激波稳定性分析
2024年
高阶格式在提高计算精度、刻画流动细节等方面具有巨大优势,然而在模拟多维强激波时,高阶格式通常会产生激波失稳问题,制约了其在超声速/高超声速流动模拟中的应用。本文针对加权基本无振荡格式(WENO)型有限体积格式,建立了矩阵稳定性分析方法,为定量分析高阶格式捕捉强激波的稳定性提供了有效工具。利用矩阵稳定性分析方法,对三阶WENO型有限体积格式的激波失稳问题进行定量研究。结果表明,与一阶格式相比,三阶格式面临更严峻的激波失稳问题。在空间三阶精度下,解算器的性质与激波强度是影响数值格式激波稳定性的重要因素。此外,对数值激波失稳的空间位置进行了研究,发现激波失稳源于数值激波结构内部,因此激波结构内部的中间状态是影响格式捕捉强激波稳定性的关键因素。本文为分析三阶WENO型有限体积格式的激波失稳问题提供了有效方法,并对三阶格式数值激波失稳问题的内在机理进行研究,为更深入地理解高阶格式激波失稳问题的内在机理,发展强稳定的高阶格式奠定了基础。
任伟杰谢文佳张烨于航李桦田正雨
关键词:有限体积方法高超声速
基于GPU加速的三阶有限体积格式管道瞬变流求解模型被引量:2
2023年
为高效和高精度求解长距离输水系统瞬变流变化过程,应用三阶ENO有限体积格式求解一维管道非恒定流方程组,基于Lax-Friedrichs通量裂分法重构界面通量,上下游界面采用虚拟网格技术并结合交叉管网边界条件建立了一套高效和高精度求解管道瞬变流水锤波的数值模型。引入GPU加速技术,实现对大型输水系统的高效计算。通过特征线法、一阶及二阶Godunov有限体积格式对模型进行验证,结果表明,三阶ENO格式在极低的Courant数时也能保持较好的间断捕捉性能且无非物理振荡。同时,对Courant数的高度不敏感性,使得模型划分网格时具有高度的灵活性并能显著提高计算速度。应用GPU加速技术,发现模型在较多网格数时有明显的加速效果,且加速效果随网格数增多而显著。本文模型可为长距离输水系统非恒定瞬变过程的高效精准快速模拟预测提供理论支撑。
莫铁祥李国栋李海潮
关键词:GPU加速有限体积法瞬变流ENO格式长距离输水
浅水波方程组的熵稳定有限体积格式
2023年
本文针对非平底地形上的浅水波方程组,提出了一种高精度熵稳定有限体积格式。首先,我们构造了一个具有二阶精度的well-balanced的半离散熵守恒格式,该格式满足给定熵对的熵恒等式,并精确地保持静水稳态。本文的关键点是使通量梯度和源项的离散化相互匹配;其次,二阶熵守恒格式的可负担熵守恒通量对于最终的高阶格式也是至关重要的。然后,以二阶熵守恒格式为基本模块,实现了高阶well-balanced的半离散熵守恒格式。第三,通过在现有的熵守恒格式中添加适当的耗散项,提出了高阶精度的well-balanced的半离散熵稳定格式,该耗散项基于标度熵变量的加权本质非振荡重构,以克服熵守恒的数值振荡。最后,使用Runge-Kutta方法对半离散格式进行时间积分,以实现最终格式。用大量的数值结果说明所提出的格式满足离散熵不等式,具有良好的平衡性,保持了光滑解的真正高阶精度,并且能够很好地捕获稳态下的小扰动。
刘仁迪赵晓旭钱守国李刚
关键词:高阶精度有限体积格式
任意多边形网格上具有Henry界面扩散方程的有限体积格式
本论文主要研究了任意多边形网格上具有Henry界面的扩散方程的两种有限体积格式,一是满足线性保持约束的有限体积格式,二是满足单调性的无插值有限体积格式.首先,我们基于线性保持准则对具有Henry界面的扩散方程进行有限体积...
谢瑞哲
关键词:单调性有限体积法多边形网格
非定常扩散方程的单元中心型有限体积格式
2023年
本文基于调和平均点建立了一种新的单元中心型有限体积格式,用以求解非定常扩散方程.在网格边上离散法向流时,选择该网格边两端点和该边上的一个调和平均点作为辅助插值点,并将这些辅助插值点上的未知量用网格单元中心点的未知量进行替换,最终得到一个只含网格单元中心未知量的有限体积格式.该格式满足线性精确性质和局部守恒性,且适用于任意多边形网格.在六种不同的多边形网格上进行四个数值实验,分别考虑扩散系数是连续的和间断的以及非线性的情况,数值结果表明:本文所构造的格式在六种网格上的L2误差均可达到二阶收敛精度,对于不同类型的扩散系数,该格式保持良好的鲁棒性,并且从编程实现的角度来说,该格式更易于向三维情况推广.
单丽张海成金珠
关键词:有限体积方法
管道有压流有限体积格式构造及明满流全窄缝模型建立
长距离输水系统中,输水管路可达数十甚至数百公里,建立一套高精度的明满交替瞬变流预警模型至关重要。目前工程上主要采用 MOC(Method of Characteristics)求解水锤压力波、六点隐格式求解明满流,然而 ...
莫铁祥
关键词:明满流有限体积法
非定常扩散方程基于调和平均点插值的有限体积格式
2022年
本文研究非定常扩散方程适用于扭曲和非结构网格的单元中心型的有限体积格式.在网格边上离散法向流时,选取当前网格边及与其相邻网格边上的调和平均点作为辅助插值点,通过它们与单元中心点不同的组合形式给出4类法向流的离散近似,最后通过调和平均点的两点插值算法,将其替换成相邻单元的中心未知量,进而建立4种单元中心型有限体积格式.时间导数项采用向后Euler格式进行离散.该格式具有模板小、易实现的优点,满足局部守恒和二阶收敛的特性.在一定网格假设前提下,理论上证明了算法的稳定性和收敛性.数值上考虑扩散系数是连续的、间断的、各向异性的甚至依赖于未知量是非线性的等情形,分别在非结构三角形、四边形和多边形网格上进行求解.结果表明,前两种算法对不同网格不同类型扩散系数问题上的鲁棒性更好,L^(2)误差均可达到二阶收敛,H^(1)误差接近一阶甚至高于一阶收敛;后两种算法对网格的依赖性更强.
张海成单丽
关键词:有限体积法非结构网格
扭曲网格上基于线性保持有限体积格式的瀑布式多网格法
本文研究在扭曲四边形网格上,基于线性保持有限体积格式的瀑布式多网格法,有限体积法被广泛应用于流体力学的计算中,而多网格法是求解代数方程组的一种快速迭代方法。首先考虑对一般扩散方程进行有限体积离散,该离散过程需要满足线性保...
胡婷
关键词:有限体积法
任意多边形上非定常扩散方程的单元中心型有限体积格式
2022年
针对二维非定常扩散方程,构造适用于任意多边形网格的单元中心型有限体积格式。采用向后欧拉格式进行时间离散,空间上在离散扩散算子时,利用网格顶点作为辅助插值点,通过求解一个欠定方程组将辅助插值点信息替换成网格单元中心点信息,最终得到只含单元中心未知量的离散格式。该格式既满足局部守恒条件,又满足线性精确准则。在几类多边形网格上进行数值实验,分别考虑扩散系数是连续和间断的情况,发现新格式均可达到二阶收敛。其数值表现显著优于算数平均加权和逆距离加权的九点格式,与双线性插值的加权方式结果相近,并且克服了双线性插值加权方式不适用于三角形网格的弊端。数值算例表明新格式求解非线性扩散方程仍然可以达到二阶收敛。
单丽金珠张海成
关键词:有限体积方法多边形网格

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袁光伟
作品数:84被引量:164H指数:7
供职机构:北京应用物理与计算数学研究所
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作品数:258被引量:373H指数:11
供职机构:南京航空航天大学
研究主题:风力机 数值模拟 尾流 结冰 笛卡尔网格
王永健
作品数:18被引量:37H指数:3
供职机构:南京航空航天大学理学院
研究主题:有限体积格式 ALE方法 ENO 重映算法 守恒
盛志强
作品数:17被引量:55H指数:5
供职机构:北京应用物理与计算数学研究所
研究主题:有限体积格式 并行差分格式 计算方法 差分方法 并行计算
王东红
作品数:20被引量:53H指数:4
供职机构:南京航空航天大学理学院
研究主题:有限体积格式 ALE方法 RIEMANN问题 激波 限制器