×

非线性不可压缩Navier-Stokes方程的能量稳定边界条件。 (英语) Zbl 1405.65107号

摘要:考虑了远场和固壁上具有不同类型边界条件的非线性不可压缩Navier-Stokes方程。使用能量法导出了两种不同的边界条件公式。这两个公式都以强形式和弱形式实现,并导致对速度场的估计。
在具有能量边界条件的情况下,利用按部分求和形式的离散导数算子和弱边界和初始条件对问题进行了近似。通过模拟连续分析,得到的半离散和全离散方案被证明是稳定的、无发散的和高阶精确的。

MSC公司:

65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
2006年6月65日 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
35M33型 偏微分方程混合型系统的初边值问题
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
35问题35 与流体力学有关的偏微分方程
76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] 道格拉斯·N·阿诺德。;佛朗哥·布雷齐;伯纳多·科克伯恩(Bernardo Cockburn);Marini,L.Donatella,椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析,SIAM J.Numer。分析。,39, 5, 1749-1779 (2001/02) ·Zbl 1008.65080号 ·doi:10.1137/S0036142901384162
[2] 吊杆,P.D。;Zingg,D.W.,基于广义逐部分求和算子的高阶隐式时间推进方法,SIAM J.Sci。计算。,37、6、A2682-A2709(2015)·Zbl 1359.65127号 ·doi:10.1137/15M1014917
[3] 布拉克,马尔特;Mucha,Piotr Boguslaw,Navier-Stokes方程的定向do-nothing条件,J.Compute。数学。,32, 5, 507-521 (2014) ·Zbl 1324.76015号 ·doi:10.4208/jcm.1405-m4347
[4] Br\`“uger,Arnim;Gustafsson,Bertil;L\'”otstedt,Per;Nilsson,Jonas,不可压缩Navier-Stokes方程的高阶精确解,J.Compute。物理。,203, 1, 49-71 (2005) ·Zbl 1061.76040号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.08.019
[5] Carpenter,Mark H。;Travis C.Fisher。;埃里克·尼尔森(Eric J.Nielsen)。;Frankel,Steven H.,《Navier-Stokes方程的熵稳定谱配置方案:不连续界面》,SIAM J.Sci。计算。,36、5、B835-B867(2014)·Zbl 1457.65140号 ·doi:10.137/130932193
[6] Carpenter,Mark H。;Gottlieb,David,《任意网格上的谱方法》,J.Compute。物理。,129, 1, 74-86 (1996) ·兹伯利0862.65054 ·doi:10.1006/jcph.1996.0234
[7] Carpenter,Mark H。;David Gottlieb;Abarbanel,Saul,《求解双曲型方程组的有限差分格式的时间稳定边界条件:方法论及其在高阶紧致格式中的应用》,J.Compute。物理。,111, 2, 220-236 (1994) ·Zbl 0832.65098号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1057
[8] 卡斯通盖,P。;威廉姆斯,D.M。;文森特,体育。;Jameson,A.,平流扩散问题的能量稳定通量重建方案,计算。方法应用。机械。工程,267,400-417(2013)·Zbl 1286.65119号 ·doi:10.1016/j.cma.2013.08.012
[9] 杰森·希肯(Jason E.Hicken)。;大卫·C·德尔雷·弗恩安德斯。;Zingg,David W.,多维逐部分求和算子:单纯形元的一般理论和应用,SIAM J.Sci。计算。,38、4、A1935-A1958(2016)·Zbl 1382.65355号 ·doi:10.1137/15M1038360
[10] Dong,S。;Karniadakis,G.E。;Chryssostomidis,C.,《严重截断无界区域上不可压缩流动模拟的稳健且准确的流出边界条件》,J.Compute。物理。,261, 83-105 (2014) ·Zbl 1349.76569号 ·doi:10.1016/j.jp.2013.12.042
[11] Travis C.Fisher。;Carpenter,Mark H。;Nordstr“om,Jan;Yamaleev,Nail K.;Swanson,Charles,分裂形式非线性守恒定律的离散保守有限差分公式:理论和边界条件,计算物理杂志,234,353-375(2013)·Zbl 1284.65102号 ·doi:10.1016/j.jcp.2012.09.026
[12] Formaggia,L。;Gerbeau,J.F。;Nobile,F。;Quarteroni,A.,关于柔顺容器中流动问题的3D和1D Navier-Stokes方程耦合,计算。方法应用。机械。工程,191,6-7,561-582(2001)·Zbl 1007.74035号 ·doi:10.1016/S0045-7825(01)00302-4
[13] Gassner,Gregor J.,《不对称间断Galerkin谱元离散及其与SBP-SAT有限差分方法的关系》,SIAM J.Sci。计算。,35、3、A1233-A1253(2013)·Zbl 1275.65065号 ·doi:10.1137/120890144
[14] 罗兰·格洛温斯基;Pironneau,Olivier,Navier-Stokes方程的有限元方法。流体力学年鉴,卷。24,167-204(1992),《年度评论》,加利福尼亚州帕洛阿尔托·Zbl 0743.76051号
[15] Gresho,P.M.,与不可压缩Navier-Stokes方程相关的一些当前CFD问题,计算。方法应用。机械。工程,87,2-3,201-252(1991)·兹比尔0760.76018 ·doi:10.1016/0045-7825(91)90006-R
[16] 伯蒂尔·古斯塔夫松;Nilsson,Jonas,交错网格上稳定Stokes方程的边界条件和估计,科学杂志。计算。,15, 1, 29-59 (2000) ·Zbl 0998.76060号 ·doi:10.1023/A:1007545718304
[17] gyr2013diffusion A.Gyr和F.-S.Rys,《大气中尺度流场中污染物的扩散和传输》,第1卷,Springer科学与商业媒体,2013年。
[18] Henshaw,William D.,重叠网格上不可压缩Navier-Stokes方程的四阶精确方法,J.Compute。物理。,113, 1, 13-25 (1994) ·Zbl 0808.76059号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1114
[19] 赫塞文,J.S。;Gottlieb,D.,可压缩Navier-Stokes方程的稳定罚函数法。I.开放边界条件,SIAM J.Sci。计算。,17, 3, 579-612 (1996) ·Zbl 0853.76061号 ·doi:10.1137/S1064827594268488
[20] 约翰·G·海伍德。;罗尔夫·兰纳彻;Turek,Stefan,《不可压缩Navier-Stokes方程的人工边界和流量及压力条件》,国际。J.数字。液体方法,22,5,325-352(1996)·Zbl 0863.76016号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0363(19960315)22:\(5\langle325\)::AID-FLD
[21] hirsch2007numerical C.Hirsch,《内外流数值计算:计算流体动力学基础》,巴特沃斯·海尼曼,2007年。
[22] 罗杰·霍恩(Roger A.Horn)。;Charles R.Johnson,《矩阵分析》,第xviii+643页(2013),剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1267.15001号
[23] huynh2007通量高温。Huynh,高阶格式的通量重建方法,包括间断Galerkin方法,第18届AIAA计算流体动力学会议,2007年,第4079页。
[24] Johansson,B.Christer V.,不可压缩Navier-Stokes方程开放边界的边界条件,J.Compute。物理。,105, 2, 233-251 (1993) ·Zbl 0768.76014号 ·doi:10.1006/jcph.1993.1071
[25] Kim,J。;Moin,P.,《分数步法在不可压缩Navier-Stokes方程中的应用》,J.Compute。物理。,59, 2, 308-323 (1985) ·Zbl 0582.76038号 ·doi:10.1016/0021-9991(85)90148-2
[26] krajnovic2004large S.Krajnovi和L.Davidson,简化汽车模型周围流动的大涡模拟,SAE论文(2004),01-0227。
[27] 克莱斯,海因茨-奥托;Lorenz,Jens,初边值问题和Navier-Stokes方程,应用数学经典47,xviii+402 pp.(2004),工业和应用数学学会(SIAM),宾夕法尼亚州费城·Zbl 1097.35113号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898719130
[28] 温迪·克雷斯(Wendy Kress);Nilsson,Jonas,交错网格上线性化Navier-Stokes方程的边界条件和估计,计算与流体,32,8,1093-1112(2003)·Zbl 1032.76049号 ·doi:10.1016/S0045-7930(02)00090-7
[29] 汤玛斯·隆德奎斯特(Tomas Lundquist);Nordstr“om,Jan,The SBP-SAT technique for initial value problems,J.Comput.Phys.,270,86-104(2014)·兹比尔1349.65550 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.03.048
[30] JGRC:JGRC6861 J.Marshall、A.Adcroft、C.Hill、L.Perelman和C.Heisey,并行计算机上研究海洋的有限体积、不可压缩Navier-Stokes模型,地球物理研究杂志:海洋102(1997),编号C3、5753-5766。
[31] 肯·马特森(Ken Mattsson);Nordstr“om,Jan,二阶导数有限差分近似的部分算子求和,计算物理杂志,199,2,503-540(2004)·Zbl 1071.65025号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.03.001
[32] Nordstr“om,Jan,Navier-Stokes方程特征边界条件的使用,计算与流体,24,5,609-623(1995)·Zbl 0845.76075号 ·doi:10.1016/0045-7930(95)00006-X
[33] Nordstr“om,Jan,《保守有限差分公式、可变系数、能量估计和人工耗散》,《科学计算杂志》,29,3,375-404(2006)·Zbl 1109.65076号 ·doi:10.1007/s10915-005-9013-4
[34] Nordstr“om,Jan,《计算物理中适定和稳定问题的路线图》,《科学计算杂志》,第71、1、365-385页(2017年)·Zbl 06849361号 ·doi:10.1007/s10915-016-0303-9
[35] Nordstr“om,Jan;Eriksson,Sofia;Eliasson,Peter,《弱和强壁边界程序以及Navier-Stokes方程的稳态收敛》,《计算物理杂志》,第231期,第14期,第4867-4884页(2012年)·Zbl 1245.76020号 ·doi:10.1016/j.jcp.2012.04.007
[36] Nordstr“om,Jan;Forsberg,Karl;Adamsson,Carl;Eliasson,Peter,《有限体积方法、非结构化网格和双曲问题的严格稳定性》,《应用数值数学》,45,4,453-473(2003)·Zbl 1019.65066号 ·doi:10.1016/S0168-9274(02)00239-8
[37] Nordstr\`“om,Jan;Gong,Jing;van der Weide,Edwin;Sv\'”ard,Magnus,可压缩Navier-Stokes方程的稳定保守高阶多块方法,J.Compute。物理。,228, 24, 9020-9035 (2009) ·兹比尔1375.76036 ·doi:10.1016/j.jcp.2009.09.005
[38] Nordstr“om,Jan;Lundquist,Tomas,《按时间分段求和》,《计算物理学杂志》,第251期,第487-499页(2013年)·Zbl 1349.65399号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.05.042
[39] Nordstr“om,Jan;Mattsson,Ken;Swanson,Charles,Navier-Stokes方程无散度速度-压力公式的边界条件,计算物理杂志,225,1874-890(2007)·Zbl 1118.76046号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.01.010
[40] Nordstr“om,Jan;Nordin,Niklas;Henningson,Dan,空间演变粘性流直接数值模拟中使用的边缘区技术和傅里叶方法,SIAM J.Sci.Compute.,20,4,1365-1393(1999)·Zbl 0930.35015号 ·doi:10.1137/S1064827596310251
[41] Nordstr“om,Jan;Ruggiu,Andrea A.,《关于按部分求和方案的守恒和稳定性》,《计算物理杂志》,344,451-464(2017)·Zbl 1380.65172号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.05.002
[42] Nordstr“om,Jan;Sv”ard,Magnus,Navier-Stokes方程的适定边界条件,SIAM J.Numer。分析。,43, 3, 1231-1255 (2005) ·Zbl 1319.35163号 ·电话:10.1137/040604972
[43] Ognier 2009年分析S.Ognier、D.Iya-Sou、C.Fourmond和S.Cavadias,用于处理污染水的气液放电反应器中等离子体-液体界面的机理分析,等离子体化学和等离子体处理29(2009),第4期,261-273。
[44] Peterson,N.Anders,Stokes和Navier-Stokes方程压力边界条件的稳定性,J.Compute。物理。,172, 1, 40-70 (2001) ·Zbl 1014.76064号 ·doi:10.1006/jcph.2001.6754
[45] 亨德里克·拉诺查\“Offner,Philipp;Sonar,Thomas,Summation-by-parts operators for correction procedure via reconstruction,J.Comput.Phys.,311299-328(2016)·Zbl 1349.65524号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.02.009
[46] Shapiro1993使用A.Shapiro,《在三维非静力数值模型验证测试中使用Navier-Stokes方程的精确解》,《月度天气评论》121(1993),第8期,2420-2425。
[47] Chiara Sorgentone公司;克里斯蒂娜·拉科纳塔;Nordstr \“om,Jan,一种新的高阶能量和保能Arakawa-like Jacobian微分算子,J.Comput.Phys.,301,167-177(2015)·Zbl 1349.76534号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.08.028
[48] Strand,Bo,《(d/dx)有限差分近似的分部求和》,J.Compute。物理。,110, 1, 47-67 (1994) ·Zbl 0792.65011号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1005
[49] 约翰·斯特里克沃尔达(John C.Strikwerda)。;Lee,Young S.,分数阶方法的准确性,SIAM J.Numer。分析。,37, 1, 37-47 (1999) ·Zbl 0953.65061号 ·doi:10.1137/S0036142997326938
[50] Sv \`“ard,Magnus;Carpenter,Mark H.;Nordstr'”om,Jan,可压缩Navier-Stokes方程的稳定高阶有限差分格式,远场边界条件,J.Compute。物理。,225, 1, 1020-1038 (2007) ·Zbl 1118.76047号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.01.023
[51] Sv \`“ard,Magnus;Nordstr'”om,Jan,可压缩Navier-Stokes方程的稳定高阶有限差分格式。无滑移壁边界条件,J.计算。物理。,227, 10, 4805-4824 (2008) ·Zbl 1260.76021号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.12.028
[52] Sv \`“ard,Magnus;Nordstr'”om,Jan,《初边值问题的逐部分求和方案综述》,J.Compute。物理。,268, 17-38 (2014) ·Zbl 1349.65336号 ·doi:10.1016/j.jp.2014.02.031
[53] 查尔斯·泰勒(Charles A.Taylor)。;托马斯·J·R·休斯。;Zarins,Christopher K.,动脉血流的有限元建模,计算机。方法应用。机械。工程师,158,1-2155-196(1998)·Zbl 0953.76058号 ·doi:10.1016/S0045-7825(98)80008-X
[54] vallis2006大气G.K。《大气和海洋流体动力学:基础和大尺度环流》,剑桥大学出版社,2006年·Zbl 1374.86002号
[55] 尼古拉斯·温特梅耶(Niklas Wintermeyer);安德鲁·温特斯(Andrew R.Winters)。;格雷戈·盖斯纳(Gregor J.Gassner)。;Kopriva,David A.,非结构化曲线网格上二维浅水方程的熵稳定节点间断Galerkin方法,不连续测深,J.Compute。物理。,340, 200-242 (2017) ·Zbl 1380.65291号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.03.036
[56] 严建峰;贾里德·克雷恩(Jared Crean);Hicken,Jason E.,线性二阶微分方程逐部分求和离散化的内部惩罚,J.Sci。计算。,75, 3, 1385-1414 (2018) ·Zbl 1404.65185号 ·doi:10.1007/s10915-017-0591-8
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。