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第13卷第6期
基于WENO插值的上风向自由流保持非线性格式

秦丽,孙栋&徐凤源

高级申请。数学。机械。,13(2021年),第1441-1484页。

在线发布:2021-08

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  • 摘要

对于具有复杂几何形状和结构化网格的流动模拟,最好使用高阶差分格式来实现高精度。为了实现这一目标,有必要满足自由流保存的要求,以减少网格度量数值计算中的数值误差。对于具有通量分裂的线性逆风方案,在早期研究中已经实现了自由流保持特性[Q.Li et al.,Commun.Comput.Phys.,22(2017),pp.64-94]。在本文中,将通过WENO插值提出一系列新的非线性逆风有偏格式。在新的非线性方案中,实现了在畸变网格上的减震能力,这是上述线性迎风方案所不具备的。通过在中点上包含通量,通过WENO插值获得方案中的非线性,并通过选择相关的网格模板获得逆风偏置结构。开发并测试了新的三阶和五阶非线性方案。对所提出的方案、WENO的备选方案和混合WCNS进行了讨论,得到了以中点和节点为副产品的中心方案的一般形式。通过数值试验,所提出的方案能够达到设计的精度和自由流保持性能。在一维Sod和Shu-Osher问题中,结果与理论预测一致。在二维情况下,对涡保持、$M_(infty)=4$时绕圆柱的超声速无粘流、黎曼问题和激波-矢量相互作用问题进行了测试。更具体地说,采用了两种类型的网格,即均匀/平滑网格和随机/局部随机网格。所有方案在均匀/光滑网格中都能得到满意的结果。在随机网格上,除了黎曼问题中一个三阶格式的失效和冲击波相互作用外,大多数格式都以合理的精度完成了计算。总的来说,所提出的非线性方案能够解决严重变形网格上的流动问题,并且可以在工程应用中使用。

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对于具有复杂几何形状和结构化网格的流动模拟,最好使用高阶差分格式来实现高精度。为了实现这一目标,有必要满足自由流保存的要求,以减少网格度量数值计算中的数值误差。对于具有通量分裂的线性迎风格式,在早期研究中已经实现了自由流保持特性[Q.Li等人,Commun.Compute.Phys.,22(2017),pp.64-94]。本文将通过WENO插值提出一系列新的非线性迎风格式。在新的非线性方案中,实现了在畸变网格上的减震能力,这是上述线性迎风方案所不具备的。通过在中点加入通量,通过WENO插值获得方案的非线性,并通过选择相应的网格模板获得迎风偏结构。开发并测试了新的三阶和五阶非线性方案。对所提出的方案、WENO的备选方案和混合WCNS进行了讨论,得到了以中点和节点为副产品的中心方案的一般形式。通过数值试验,所提出的方案能够达到设计的精度和自由流保持性能。在一维Sod和Shu-Osher问题中,结果与理论预测一致。在二维情况下,对涡保持、$M_(infty)=4$时绕圆柱的超声速无粘流、黎曼问题和激波-矢量相互作用问题进行了测试。更具体地说,采用了两种类型的网格,即均匀/平滑网格和随机/局部随机网格。所有方案在均匀/光滑网格中都能得到满意的结果。在随机网格上,除了黎曼问题中一个三阶格式的失效和冲击波相互作用外,大多数格式都以合理的精度完成了计算。总的来说,所提出的非线性方案能够解决严重变形网格上的流动问题,并且可以在工程应用中使用。

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对于具有复杂几何形状和结构化网格的流动模拟,最好使用高阶差分格式来实现高精度。为了实现这一目标,有必要满足自由流保存的要求,以减少网格度量数值计算中的数值误差。对于具有通量分裂的线性迎风格式,在早期研究中已经实现了自由流保持特性[Q.Li等人,Commun.Compute.Phys.,22(2017),pp.64-94]。本文将通过WENO插值提出一系列新的非线性迎风格式。在新的非线性方案中,实现了在畸变网格上的减震能力,这是上述线性迎风方案所不具备的。通过在中点加入通量,通过WENO插值获得方案的非线性,并通过选择相应的网格模板获得迎风偏结构。开发并测试了新的三阶和五阶非线性方案。对所提出的方案、WENO的备选方案和混合WCNS进行了讨论,得到了以中点和节点为副产品的中心方案的一般形式。通过数值试验,所提出的方案能够达到设计的精度和自由流保持性能。在一维Sod和Shu-Osher问题中,结果与理论预测一致。在二维情况下,对涡保持、$M_(infty)=4$时绕圆柱的超声速无粘流、黎曼问题和激波-矢量相互作用问题进行了测试。更具体地说,采用了两种类型的网格,即均匀/平滑网格和随机/局部随机网格。所有方案在均匀/光滑网格中都能得到满意的结果。在随机网格上,除了黎曼问题中一个三阶格式的失效和激波-矢量相互作用外,大多数格式都以合理的精度完成了计算。总的来说,所提出的非线性方案能够解决严重变形网格上的流动问题,并且可以在工程应用中使用。

秦丽、孙栋和徐凤媛。(1970). 基于WENO插值和上风向上的自由流保持非线性方案。应用数学与力学进展.13(6).1441-1484.doi:10.4208/上午。OA-2020-0170号
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