×

可压缩Navier-Stokes方程的恢复辅助间断Galerkin方法分析。 (英语) 兹伯利07508426

小结:间断Galerkin(DG)方法被认为是湍流高保真数值模拟的一种有前途的方法(例如,大涡模拟或直接数值模拟),考虑到它能够在复杂几何体中实现高精度,同时在对流主导的区域中抑制虚假的高波数振荡。在这项工作中,我们分析了一种对流-扩散方案,该方案源于恢复概念的战略性使用,以提高最邻近模板上基本DG空间离散化的性能。根据恢复原理,以界面为中心的方式重建两个相邻单元之间的基本解,以异常准确地计算对流和扩散通量。虽然已知某些基于恢复的方案可以实现极高的扩散收敛速度(在单元平均范数中高达\(3p+2\),其中\(p\)是多项式基的阶数),但由于风向的原因,平流的精度限制更为严格。我们解决的关键技术挑战是开发一种稳定高效的对流扩散方案,同时利用最近邻模板上恢复概念的高精度。如傅里叶分析所示,Recovery的使用克服了典型DG离散化中的一个基本缺陷,即传统的对流扩散格式在对流主导区的精度从(2p+1)级降低到了扩散主导区的(2p)级。相反,我们的新恢复辅助方案能够在最近邻模板上的对流主导型和扩散主导型区域中实现阶精度(2p+2)。通过将恢复算子与混合公式相结合,与现有的混合公式方法相比,所提出的平流-扩散方案实现了更高的精度,同时避免了恢复解的微分,这是多维几何中的一个缺陷。傅立叶分析和一系列线性和非线性测试问题,包括3D可压缩Navier-Stokes,用于检验新的恢复辅助方案的性能;结果表明,与传统的、最先进的DG方法相比,该方法具有相当大的精度优势。此外,为了简化实现,我们表明可以将Recovery过程重铸为一组基于导数的校正项,在结构化网格上复制Recovery操作符,同时避免Recovery操作的传统复杂性。

MSC公司:

76倍 流体力学
65-XX岁 数值分析
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 里德·W·H。;Hill,T.R.,《中子输运方程的三角网格法》(1973年),洛斯阿拉莫斯科学实验室,技术代表。
[2] Cockburn,B。;Shu,C.W.,对流占优问题的Runge-Kutta间断Galerkin方法,科学杂志。计算。,16, 3, 89 (2001) ·Zbl 1065.76135号
[3] Cockburn,B。;Gopalakrishnan,J。;Lazarov,R.,二阶椭圆问题间断Galerkin方法、混合方法和连续Galerkins方法的统一杂交,SIAM J.Numer。分析。,47, 2, 1319-1365 (2009) ·Zbl 1205.65312号
[4] 费尔南德斯,P。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,《过渡湍流隐式大涡模拟的混合间断Galerkin方法》,J.Compute。物理。,336, 308-329 (2017) ·Zbl 1375.76069号
[5] Bassi,F。;Rebay,S.,二维欧拉方程的高精度间断有限元解,J.Compute。物理。,138, 2, 251-285 (1997) ·Zbl 0902.76056号
[6] Toro,E.F.,流体动力学的黎曼解算器和数值方法:实用导论(1999),施普林格出版社·Zbl 0923.76004号
[7] Dumbser,M。;O.扎诺蒂。;卢贝尔,R。;Diot,S.,《双曲守恒律间断Galerkin有限元法的后验子单元限制》,J.Compute。物理。,278, 47-75 (2014) ·Zbl 1349.65448号
[8] Lv,Y。;Ihme,M.,Euler方程的熵有界间断Galerkin格式,J.Compute。物理。,295, 715-739 (2015) ·Zbl 1349.65465号
[9] Krivodonova,L.,高阶间断Galerkin方法的限制器,J.Compute。物理。,226, 1, 879-896 (2007) ·Zbl 1125.65091号
[10] Henry de Frahan,麻省理工。;瓦拉丹,S。;Johnsen,E.,《不连续Galerkin方法应用于具有激波和界面的可压缩多相流的新限制程序》,J.Compute。物理。,280, 489-509 (2015) ·Zbl 1349.76220号
[11] 朱,J。;钟,X。;舒,C.W。;邱,J.,Runge-Kutta非连续Galerkin方法,带简单紧凑的Hermite WENO限制器,Commun。计算。物理。,19, 04, 944-969 (2016) ·Zbl 1373.76113号
[12] Lv,Y。;马,P.C。;Ihme,M.,《关于使用有熵边界DG方法对可压缩湍流进行欠分辨率模拟:解稳定、方案优化和有限体积解算器基准测试》,计算。流体,161,89-106(2018)·Zbl 1390.76109号
[13] Chapelier,J.B。;de la Llave Plata,M。;雷纳克,F。;Lamballais,E.,湍流DNS的高阶间断Galerkin方法评估,计算。流体,95,210-226(2014)·Zbl 1391.76209号
[14] 王振杰。;Fidkowski,K。;Abgrall,R。;Bassi,F。;Caraeni,D。;A.卡里。;Deconick,H。;哈特曼,R。;Hillewaert,K。;Huynh,H.T。;北卡罗尔。;May,G。;Persson,P.O。;van Leer,B。;Visbal,M.,《高阶CFD方法:现状和前景》,国际期刊数值。《液体方法》,72,8,811-845(2013)·兹比尔1455.76007
[15] B.van Leer,S.Nomura,《扩散的间断Galerkin》,AIAA论文2005-5108。
[16] 罗,H。;罗,L。;努尔加列夫,R。;穆萨乌,V.A。;Dinh,N.,任意网格上可压缩Navier-Stokes方程的重构间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,229, 19, 6961-6978 (2010) ·Zbl 1425.35138号
[17] Dumbser,M.,可压缩Navier-Stokes方程非结构网格上的任意高阶(P_N P_M)格式,计算。流体,39,1,60-76(2010)·Zbl 1242.76161号
[18] Bassi,F。;Rebay,S.,数值求解可压缩Navier-Stokes方程的高精度间断有限元方法,J.Compute。物理。,131, 2, 267-279 (1997) ·Zbl 0871.76040号
[19] Cockburn,B。;Shu,C.W.,含时对流扩散系统的局部间断Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,35440-2463(1997年)·Zbl 0927.65118号
[20] Arnold,D.N。;布雷齐,F。;Cockburn,B。;Marini,L.D.,椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析,SIAM J.Numer。分析。,39, 5, 1749-1779 (2002) ·Zbl 1008.65080号
[21] 布雷齐,F。;Manzini,G。;Marini,D。;Pietra,P。;Russo,A.,椭圆问题的间断Galerkin近似,数值。方法部分差异。等于。,16, 4, 365-378 (2000) ·Zbl 0957.65099号
[22] Lo,M.,Navier-Stokes恢复的时空间断Galerkin方法(2011),密歇根大学论文
[23] M.Lo,B.van Leer,基于恢复的Navier-Stokes粘性项间断Galerkin,AIAA论文2011-3406。
[24] L.H.Khieu,E.Johnsen,《间断Galerkin方法改进平流方案的分析》,AIAA论文2014-3221。
[25] 约翰逊,体育。;Johnsen,E.,扩散问题的紧致梯度恢复间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,第108872条pp.(2019)·Zbl 1453.76073号
[26] Bassi,F。;Crivellini,A。;Rebay,S。;Savini,M.,雷诺平均Navier-Stokes和k-ω湍流模型方程的间断Galerkin解,计算。流体,34,4-5,507-540(2005)·Zbl 1138.76043号
[27] 哈特曼,R。;Houston,P.,可压缩Navier-Stokes方程的最优阶内罚间断Galerkin离散化,J.Compute。物理。,227, 22, 9670-9685 (2008) ·Zbl 1359.76220号
[28] 沃特金斯,J。;阿斯塔纳,K。;Jameson,A.,通过对流扩散方程的通量重建对节点不连续Galerkin格式的数值分析,Comput。流体,139,233-247(2016)·Zbl 1390.76367号
[29] L.H.Khieu,K.Fidkowski,E.Johnsen,《界面中心重建平流的间断Galerkin》,AIAA论文2016-1337。
[30] 郭伟。;钟,X。;邱,J.M.,间断Galerkin方法和局部间断Galergin方法的超收敛:基于傅里叶方法的特征结构分析,J.Compute。物理。,235, 458-485 (2013) ·Zbl 1291.65299号
[31] 张,M。;Shu,C.W.,不连续Galerkin的傅里叶分析及相关方法,科学。公牛。,54, 11, 1809-1816 (2009) ·Zbl 1184.76762号
[32] P.E.Johnson,E.Johnsen,平流扩散问题的紧致间断Galerkin方法,AIAA论文2018-1091。
[33] Johnson,P.E.,用于可压缩湍流直接数值模拟的恢复辅助不连续伽辽金方法(2019),密歇根大学,论文
[34] P.E.Johnson,E.Johnsen,扩散问题的一类新的间断Galerkin格式,AIAA论文2017-3444。
[35] Orlandi,P.,漩涡偶极子从墙上反弹,Phys。流体A,流体动力学。,2, 8, 1429-1436 (1990)
[36] Lee,S。;Lele,S.K。;Moin,P.,《衰减可压缩湍流中的涡流冲击》,Phys。流体A,流体动力学。,657-664年4月3日(1991年)
[37] 普林斯·P·J。;Dormand,J.R.,《高阶嵌入Runge-Kutta公式》,J.Comput。申请。数学。,7, 1, 67-75 (1981) ·Zbl 0449.65048号
[38] Kitamura,K。;Shima,E.,《朝向防震和精确的高超声速加热计算:AUSM-系列方案的新压力通量》,J.Compute。物理。,245, 62-83 (2013) ·Zbl 1349.76487号
[39] Geuzaine,C。;Remacle,J.F.,Gmsh:一个具有内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,国际期刊Numer。《液体方法》,79,11,1309-1331(2009)·Zbl 1176.74181号
[40] Keetels,G.H。;美国D’Ortona。;克莱默,W。;克莱克斯,H.J.H。;施耐德,K。;van Heijst,G.J.F.,《不可压缩Navier-Stokes方程的傅里叶谱和小波解算器与体积enalization:偶极球碰撞的收敛性》,J.Compute。物理。,227, 2, 919-945 (2007) ·兹比尔1301.76062
[41] 德维亚特,C.C。;Hillewaert,K。;M.Duponcheel。;Winckelmans,G.,《高雷诺数下模拟涡流的非连续Galerkin方法的评估》,国际期刊数值。《液体方法》,74,7,469-493(2014)·Zbl 1455.65163号
[42] S.C.Spiegel,J.R.Debonis,H.T.Huynh,基于NASA格伦通量重建的高阶非结构化网格代码概述,AIAA论文2016-1061。
[43] Johnsen,E。;拉尔森,J。;Bhagatwala,A.V。;卡博特,W.H。;梅因,P。;奥尔森,B.J。;拉瓦特,P.S。;Shankar,S.K。;Sjögreen,B。;Yee,H.C。;钟,X。;Lele,S.K.,《利用冲击波对可压缩湍流进行数值模拟的高分辨率方法评估》,J.Compute。物理。,229, 4, 1213-1237 (2010) ·Zbl 1329.76138号
[44] Honein,A.E。;Moin,P.,《可压缩湍流模拟的高熵守恒和数值稳定性》,J.Compute。物理。,201, 2, 531-545 (2004) ·Zbl 1061.76044号
[45] 奥利维耶·古奇,C。;Nejat,A。;Michalak,K.,获取并验证Euler方程的高阶非结构化有限体积解,AIAA J.,47,2105-2120(2009)
[46] 兰德曼,B。;凯斯勒,M。;瓦格纳,S。;Krämer,E.,层流和湍流的并行高阶间断Galerkin代码,计算。流体,37,427-438(2008)·Zbl 1237.76071号
[47] H.T.Huynh,包含间断Galerkin方法的高阶方案的通量重建方法,AIAA论文2007-4079。
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。