×

可压缩磁流体力学的隐式混合间断Galerkin方法。 (英语) Zbl 07785522号

摘要:我们提出了理想和电阻可压缩磁流体力学(MHD)的混合间断伽辽金(HDG)方法。HDG方法是完全隐式的、高精度的,并且具有与其他非连续Galerkin(DG)方法不同的独特特性。特别是,它们将全局耦合的未知量减少到元素边界上解的近似轨迹,从而导致比其他DG方法更小的全局自由度。此外,我们开发了一种激波捕获方法,通过在MHD方程中的物理粘度中适当添加人造体粘度、分子粘度、导热系数和电阻率来处理激波。我们展示了HDG方法对理想MHD问题的最优收敛性,并验证了我们对磁重联问题的电阻实现。对于光滑问题,我们发现使用广义拉格朗日乘子(GLM)公式可以将磁场发散的误差减少两个数量级。我们在一些测试案例中证明了我们的冲击捕捉方法的稳健性,并将我们的结果与其他MHD求解器进行了定性和定量的比较。对于激波问题,我们发现有效处理激波和无发散约束对确保数值稳定性至关重要。

理学硕士:

7.6亿 流体力学基本方法
6500万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法
76瓦xx 磁流体力学和电流体力学

软件:

冥王星
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 阿巴斯,H。;马沙耶克,F。;Jacobs,G.B.,交错网格非连续谱元方法中基于熵的人工粘性的激波捕捉。计算。流体,152-163(2014)·Zbl 1391.76506号
[2] Balsara,D.S。;Spicer,D.S.,一种交错网格算法,使用高阶Godunov通量来确保磁流体动力学模拟中的螺线管磁场。J.计算。物理。,270(1999年)·Zbl 0936.76051号
[3] 易货,G.E。;Darmofal,D.L.,《基于PDE的DGFEM人工粘度的冲击捕捉:第一部分配方》。J.计算。物理。,5, 1810-1827 (2010) ·Zbl 1329.76153号
[4] Barth,T.,关于对合在Maxwell和磁流体力学系统间断Galerkin离散化中的作用·Zbl 1135.78008号
[5] Birn,J。;Drake,J.F。;Shay,医学硕士。;罗杰斯,B.N。;丹顿,R.E。;黑塞,M。;库兹涅佐娃,M。;马振伟。;巴塔查吉,A。;奥托,A。;Pritchett,P.L.,地球空间环境建模(GEM)磁重联挑战。《地球物理学杂志》。第3715-3719号决议(2001年)
[6] Birn,J。;Hesse,M.,地理空间环境建模(GEM)磁重联挑战:电阻撕裂、各向异性压力和霍尔效应。《地球物理学杂志》。研究,3737-3750(2001)
[7] Biskamp,D.,非线性磁流体动力学。剑桥等离子体物理学专著(1993),剑桥大学出版社
[8] Brackbill,J.U。;Barnes,D.C.,非零(算子名{nabla}\cdot\mathbf{B})对磁流体动力学方程数值解的影响。J.计算。物理。,426 (1980) ·兹比尔0429.76079
[9] Cockburn,B.,计算流体动力学的间断Galerkin方法,90-130,第4章
[10] Cockburn,B。;Gopalakrishnan,J。;Lazarov,R.,二阶椭圆问题间断Galerkin方法的统一杂交,混合和连续Galerki方法。SIAM J.数字。分析。,1319-1365 (2009) ·Zbl 1205.65312号
[11] 库克,A.W。;Cabot,W.H.,冲击-湍流相互作用的高粘度。J.计算。物理。,594-601 (2004) ·Zbl 1115.76366号
[12] 库克,A.W。;Cabot,W.H.,《高分辨率数值方法的高波数粘度》。J.计算。物理。,379-385 (2005) ·Zbl 1143.76477号
[13] Dahlburg,R.B。;Picone,J.M.,可压缩介质中Orszag-Tang涡旋系统的演化。I.初始平均亚音速流。物理学。液体、B等离子物理、。,11, 2153-2171 (1989)
[14] A.德纳。;凯姆·F。;Kröner,D。;蒙兹,C.-D。;Schnitzer,T。;Wesenberg,M.,MHD方程的双曲散度清理。J.计算。物理。,645-673 (2002) ·兹比尔1059.76040
[15] Derigs,D。;温特斯,A.R。;Gassner,G.J。;沃尔奇,S。;Bohm,M.,理想GLM-MHD:关于熵一致的九波磁场发散递减理想磁流体动力学方程。J.计算。物理。,420-467 (2018) ·Zbl 1392.76037号
[16] 多奇,S。;Bertil,F.,《磁流体动力学》。Scholarpedia,42295(2007),修订号91454
[17] Dumbser,M。;Balsara,D.S。;托罗,E.F。;Munz,C.-D.,在非结构化网格上构造一步有限体积和间断Galerkin格式的统一框架。J.计算。物理。,8209-8253 (2008) ·Zbl 1147.65075号
[18] Fernandez,P.,用于过渡流和湍流大涡模拟的熵稳定混合间断Galerkin方法(2019),麻省理工学院航空航天系,博士论文
[19] 费尔南德斯,P。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,一种基于物理的冲击捕捉方法,用于大规模模拟。审查中(2018年),arXiv预印本
[20] 费尔南德斯,P。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,用于过渡湍流隐式大涡模拟的混合间断Galerkin方法。J.计算。物理。,308-329 (2017) ·Zbl 1375.76069号
[21] 费尔南德斯,P。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,非定常层流和湍流的基于物理的激波捕捉方法,AIAA-2018-0062
[22] 菲奥莉娜,B。;Lele,S.K.,带激波的超音速反应流的人工非线性扩散率方法。J.计算。物理。,246-264 (2007) ·Zbl 1216.76030号
[23] Godunov,S.K.,磁流体动力学方程的对称形式。国际期刊数字。方法工程,26-34(1972)
[24] Güzey,S。;Cockburn,B。;Stolarski,H.,嵌入间断Galerkin方法:线性壳问题的应用。国际期刊数字。方法工程,757-790(2007)·Zbl 1194.74403号
[25] 赫塞文,J.S。;Warburton,T.,节点间断Galerkin方法:算法、应用和分析。施普林格应用数学课文(2008)·Zbl 1134.65068号
[26] Karniadakis,G.E。;Sherwin,S.,《计算流体动力学的谱/hp元素方法》(1999),牛津科学出版社·兹比尔0954.76001
[27] Kawai,S.,《磁流体力学的无发散保高阶格式:一种人工磁阻率方法》。J.计算。物理。,292-318 (2013) ·Zbl 1349.76484号
[28] 卡瓦伊,S。;Lele,S.K.,曲线网格上捕捉不连续性的局部人工扩散率方案。J.计算。物理。,9498-9526 (2008) ·兹比尔1359.76223
[29] 卡瓦伊,S。;尚卡尔,K.S。;Lele,S.K.,可压缩湍流大涡模拟的局部人工扩散率方案评估。J.计算。物理。,1739-1762 (2010) ·Zbl 1329.76139号
[30] 克林根贝格,C。;Porner,F。;Xia,Y.,非结构网格上磁流体力学间断Galerkin方法中无散度约束的有效实现。Commun公司。计算。物理。,423-442 (2017) ·Zbl 1488.65427号
[31] 科克纳,A。;沃伯顿,T。;Hesthaven,J.S.,用时间显式间断Galerkin方法捕捉粘性激波。数学。模型。自然现象。,10, 1-27 (2011) ·Zbl 1220.65165号
[32] 亚历山大·科索维奇(Alexander Kosovichev),等离子体物理学讲稿,物理学。(2015年2月)
[33] Krivodonova,L。;Xin,J。;Remacle,J.F。;北切沃荣。;Flaherty,J.E.,双曲守恒律的冲击检测和间断Galerkin方法限制。申请。数字。数学。,323-338 (2004) ·Zbl 1038.65096号
[34] Lee,J.J。;Shannon,S.J。;Bui-Thanh,T。;Shadid,J.N.,线性化不可压缩电阻MHD方程的HDG方法分析。SIAM J.数字。分析。,4, 1697-1722 (2019) ·Zbl 1422.76127号
[35] 李,F。;Shu,C.-W.,MHD方程的无局部发散间断Galerkin方法。科学杂志。计算。,1, 413-442 (2005) ·Zbl 1123.76341号
[36] 李,F。;Shu,C.-W.,MHD方程的无局部发散间断Galerkin方法。科学杂志。计算。(2005)
[37] 李,F。;徐,L。;Yakovlev,S.,理想磁流体动力学方程的中心间断Galerkin方法,精确无发散磁场。J.计算。物理。,12, 4828-4847 (2011) ·Zbl 1416.76117号
[38] 李,X。;谢泼德,M.S。;Beall,M.W.,通过网格修改实现三维各向异性网格自适应。计算。方法应用。机械。工程,4915-4950(2005)·Zbl 1090.76060号
[39] 刘,Y。;舒,C.-W。;Zhang,M.,结构网格上理想可压缩磁流体动力学的熵稳定高阶不连续伽辽金方法。J.计算。物理。,163-178(2018)·Zbl 1380.76162号
[40] Londrilo,P。;Del Zanna,L.,多维磁流体力学的高阶迎风格式。天体物理学。J.,508-524(2000)
[41] 马尼,A。;拉尔森,J。;Moin,P.,人工体粘度对激波湍流大涡模拟的适用性。J.计算。物理。,7368-7374 (2009) ·Zbl 1421.76133号
[42] 米农,A。;Tzeferacos,P。;Bodo,G.,细胞中心MHD的高阶保守有限差分GLM-MHD格式。J.计算。物理。,5896-5920 (2010) ·Zbl 1425.76305号
[43] 米农,A。;Zanni,C。;Tzeferacos,P。;范·斯特拉伦,B。;科尔拉,P。;Bodo,G.,天体物理流体动力学中自适应网格计算的PLUTO代码。天体物理学。J.(2012)
[44] 莫罗,D。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,《高阶方法中基于膨胀的冲击捕获》。国际期刊数字。《液体方法》,7398-416(2016)
[45] Moro-Ludeña,D.,《带过渡预测的自适应高阶雷诺平均Navier-Stokes解算器》(2015),麻省理工学院,博士论文
[46] Nguyen,北卡罗来纳州。;佩雷尔,J。;Cockburn,B.,可杂交非连续Galerkin方法,63-84·Zbl 1216.65160号
[47] Nguyen,北卡罗来纳州。;佩雷尔,J。;Cockburn,B.,一类用于计算流体动力学的嵌入式间断Galerkin方法。J.计算。物理。,674-692 (2015) ·Zbl 1349.76245号
[48] 奥尔森,B.J。;Lele,S.K.,可压缩大涡模拟的定向人工流体特性。J.计算。物理。,207-220 (2013) ·Zbl 1349.76135号
[49] Orszag,S.A.公司。;Tang,C.M.,二维磁流体动力学湍流的小尺度结构。流体力学杂志。,129-143 (1978)
[50] 佩雷尔,J。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Cockburn,B.,可压缩Euler和Navier-Stokes方程的嵌入间断Galerkin方法,AIAA 2011-3228
[51] 佩尔松,P。;Peraire,J.,不连续Galerkin方法的亚细胞冲击捕获,AIAA-2006-0112
[52] 皮科内,J.M。;Dahlburg,R.B.,可压缩介质中Orszag-Tang涡旋系统的演化。二、。超音速流动。物理学。液体、B等离子物理、。,1, 29-44 (1991)
[53] 鲍威尔,K.G。;罗伊,P.L。;林德·T·J。;贡博西,T.I。;De Zeeuw,D.L.,理想磁流体力学的溶液自适应迎风方案。J.计算。物理。,284-309 (1999) ·Zbl 0952.76045号
[54] 罗伊,P.L。;Balsara,D.S.,《磁流体动力学特征系统注释》。J.应用。数学。,57-67 (1996) ·Zbl 0845.35092号
[55] 辛德勒,K。;Hornig,G.,磁重联
[56] 斯通,J.M。;加德纳,T.A。;Teuben,P。;Hawley,J.F。;Simon Athena,J.B.,天体物理学MHD的新代码。天体物理学。补充期刊。,1, 137-177 (2008)
[57] 陶布,A。;Dumbser,M。;Balsara,D.S。;Munz,C.D.,磁流体动力学方程的任意高阶间断Galerkin格式。科学杂志。计算。,3, 441-464 (2007) ·Zbl 1176.76075号
[58] Tóth,G.,冲击捕获磁流体力学代码中的约束(\operatorname{\nabla}\cdot\mathbf{B}=0\)。J.计算。物理。,605-652 (2000) ·Zbl 0980.76051号
[59] Wurster,J。;贝特,M.R。;普莱斯,D.J。;Tricco,T.S.,《光滑粒子磁流体力学中人工电阻率的研究处方》(2017年)
[60] 雅科夫列夫,S。;徐,L。;Li,F.,理想磁流体方程的无局部发散中心间断Galerkin方法。双曲问题的计算方法。J.计算。科学。,1, 80-91 (2013)
[61] Yano,M.,《各向异性单纯形网格上偏微分方程自适应高阶离散的优化框架》(2012),麻省理工学院航空航天系,博士论文
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。