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高阶有限体积方法和多分辨率再生核。 (英语) Zbl 1300.76018号

摘要:本文综述了非结构网格上可压缩Navier-Stokes方程的一些最成功的高阶数值格式。为了处理粘性项,合适的候选方案需要能够处理由方程的主要双曲线特征引起的潜在不连续流,同时也非常适合于椭圆问题。在此背景下,我们研究了移动最小二乘(MLS)近似在非结构化网格上构造高阶有限体积格式时的性能。MLS的应用范围有三个方面:1)对于双曲问题或双曲特征项的Godunov型方法,计算场变量的高阶导数;2)对于椭圆问题或椭圆特征项,直接重建单元边缘的通量,多分辨率冲击检测和选择性限制。所提出的有限体积方法是在MLS逼近提供的连续空间表示框架内制定的,MLS逼近在局部(每个单元内)被“分解”为分段多项式展开式,以便将专用的有限体积技术用于双曲问题。这种方法与有限体积文献中的通常做法形成对比,后者从分段常量空间表示开始,从下至上进行。精度测试表明,该方法达到了预期的收敛速度。典型仿真表明,该方法适用于工程问题,与其他现有程序相比具有很强的竞争力。

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76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
76N15型 气体动力学(一般理论)
76-02 与流体力学有关的研究论述(专著、综述文章)

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参考文献:

[1] Aavatsmark I(2002)四边形网格的多点通量近似介绍。计算地质学6:405–432·Zbl 1094.76550号 ·doi:10.1023/A:1021291114475
[2] Abgrall R(1994)关于非结构化网格上本质上非振荡格式:分析和实现。《计算物理杂志》114:45–58·Zbl 0822.65062号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1148
[3] Abgrall R(1994)有限元网格上的基本无振荡重建过程:应用于可压缩流。计算方法应用机械工程116:95–101·Zbl 0824.76052号 ·doi:10.1016/S0045-7825(94)80012-X
[4] Abgrall R(2001)《走向最终保守方案:追求未来》。计算机物理杂志167:277–315·Zbl 0988.76055号 ·doi:10.1006/jcph.2000.6672
[5] Abgrall R,Sonar T(1997)《关于在ENO方法的恢复步骤中使用穆尔巴赫展开法》。数字数学76:1–25·Zbl 0882.76062号 ·doi:10.1007/s002110050252
[6] Abgrall R,Barth TJ(2002)通过自适应求积实现守恒定律的加权残差分布方案。SIAM科学计算杂志24:732–769·兹比尔1037.35042 ·doi:10.1137/S106482750138592X
[7] Abgrall R,Mezine M(2003)非恒定流问题二阶精确单调和稳定剩余分布格式的构造。计算机物理杂志188:16–55·兹比尔1127.76338 ·doi:10.1016/S0021-9991(03)00084-6
[8] Abgrall R,Roe PL(2003)《非常高阶波动方案的构造》。科学计算杂志19:3–36·Zbl 1068.65133号 ·doi:10.1023/A:1025335421202
[9] Abgrall R,Roe PL(2003)三角形网格上的高阶波动格式。科学计算杂志19:3–36·Zbl 1068.65133号 ·doi:10.1023/A:1025335421202
[10] Abgrall R(2006)双曲问题的本质非振荡残差分布格式。计算机物理杂志214:773–808·兹比尔1089.65083 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.10.034
[11] Abgrall R,Mezine M(2004)稳定问题的二阶精确单调和稳定剩余分布格式的构造。《计算物理杂志》195:474–507·兹比尔1067.65505 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.09.022
[12] Abgrall R,Adrianov N,Mezine M(2005)非结构网格上非定常对流问题的高精度格式。国际J数值方法流体47:679–691·Zbl 1134.76400号 ·doi:10.1002/fld.870
[13] Abgrall R,Marpeau F(2007),四边形网格上的残差分布方案。科学计算杂志30:131–175·兹比尔1116.76058 ·doi:10.1007/s10915-005-9023-2
[14] Aboiyar T,Georgoulis EH,Iske A(2006)使用多谐样条重建的高阶WENO有限体积格式。In:数值分析和近似理论国际会议,NAAT2006,第1-14页·Zbl 1119.65077号
[15] Arnold DN(1982)不连续单元的内部惩罚有限元法。SIAM J数字分析19:742–760·Zbl 0482.65060号 ·doi:10.1137/0719052
[16] Arnold DN,Brezzi F,Cockburn B,Marini LD(1997)可压缩Navier-Stokes方程数值解的高精度间断有限元方法。计算机物理杂志131:267–279·Zbl 0871.76040号 ·doi:10.1006/jcph.1996.5572
[17] Arnold DN,Brezzi F,Cockburn B,Marini LD(2001)椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析。SIAM J数字分析39:1749–1779·Zbl 1008.65080号 ·doi:10.1137/S0036142901384162
[18] Barret JW,Blowey JF(1997)具有非光滑自由能的多组分合金相分离模型的有限元近似。数值数学77:1–34·Zbl 0882.65129号 ·doi:10.1007/s002110050276
[19] Barret JW,Blowey JF,Garcke H(1999)具有简并迁移率的Cahn-Hilliard方程的有限元近似。SIAM J数字分析37:286–318·Zbl 0947.65109号 ·doi:10.1137/S0036142997331669
[20] Barth TJ(1993)非结构网格上高阶k精确重建的最新进展。AIAA论文93-0668
[21] Barth TJ(1995)Euler和Navier-Stokes方程的非结构化网格和有限体积解算器方面。VKI系列讲座1994-05
[22] Barth TJ,Frederickson PO(1990)非结构网格上欧拉方程的二次重构高阶解。AIAA纸90-0013
[23] Barth TJ,Jespersen DC(1989)非结构化网格逆风格式的设计和应用。美国汽车工业协会-89-0366
[24] Bassi F,Rebay S(1997)可压缩Navier-Stokes方程数值解的高精度间断有限元方法。计算机物理杂志131:267–279·Zbl 0871.76040号 ·doi:10.1006/jcph.1996.5572
[25] Bassi F,Rebay S(1997)2D Euler方程的高精度间断有限元解。计算机物理杂志138:251–285·Zbl 0902.76056号 ·doi:10.1006/jcph.1997.5454
[26] Brezzi F,Manzini G,Marini LD,Pietra P,Russo A(2000)椭圆问题的间断Galerkin逼近。数值方法部分差异Equ 16:365–378·Zbl 0957.65099号 ·doi:10.1002/1098-2426(200007)16:4<365::AID-NUM2>3.0.CO;2年
[27] Cahn JW,Hilliard JE(1958)非均匀系统的自由能。I.界面自由能。化学物理杂志28:258–267。1–34 ·doi:10.1063/1.1744102
[28] Castillo P(2002)椭圆偏微分方程的间断Galerkin方法的性能。SIAM科学计算杂志24:524–547·Zbl 1021.65054号 ·doi:10.1137/S1064827501388339
[29] Chen Q-Y,Wan J,Yang Y,Mifflin RT(2007)通用网格的丰富多点通量近似。计算机物理杂志227:1701–1721·Zbl 1221.76123号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.09.021
[30] Choo SM,Lee YJ(2005)Cahn-Hilliard方程的间断Galerkin方法。应用数学计算物理杂志18:113–126·Zbl 1078.65084号 ·doi:10.1007/BF02936559
[31] Cockburn B,Lin SY,Shu C-W(1989)TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin有限元方法守恒定律III:一维系统。计算机物理杂志84:90–113·Zbl 0677.65093号 ·doi:10.1016/0021-9991(89)90183-6
[32] Cockburn B,Shu C-W(1989)TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin守恒有限元方法II:一般框架。数学计算52:411–435·Zbl 0662.65083号
[33] Cockburn B,Hou S,Shu C-W(1990)TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin有限元方法,守恒定律IV:多维情况。数学计算54:545–581·Zbl 0695.65066号
[34] Cockburn B,Shu C-W(1998)含时对流扩散系统的局部间断Galerkin方法。SIAM J数字分析35:2440–2463·兹伯利0927.65118 ·doi:10.1137/S0036142997316712
[35] Cockburn B,Shu C-W(2001)对流占优问题的Runge-Kutta间断Galerkin方法。科学计算杂志16:173–261·Zbl 1065.76135号 ·doi:10.1023/A:1012873910884
[36] Cueto-Felgueroso L(2005)《粒子、有限体积和非结构化网格:流体动力学问题的数值模拟》。科鲁尼亚大学博士论文(西班牙语)。网址:http://www.tesisenred.net/
[37] Cueto-Felgueroso L,Peraire J(2007)Cahn-Hilliard和Kuramoto-Sivashinsky方程的时间自适应有限体积法。J计算物理,提交·Zbl 1153.76043号
[38] Cueto-Felgueroso L、Colominas I、Nogueira X、Navarrina F、Casteleiro M(2007)非结构化网格上可压缩Navier-Stokes方程的有限体积解算器和移动最小二乘近似。计算方法应用机械工程196:4712–4736·Zbl 1173.76358号 ·doi:10.1016/j.cma.2007.06.003
[39] Cueto-Felgueroso L,Colominas I,Mosqueira G,Navarrina F,Casteleiro M(2004)《关于SPH方法的Galerkin公式》。国际J数字方法工程60:1475–1512·兹比尔1060.76638 ·doi:10.1002/nme.1011
[40] Cueto-Felgueroso L,Colominas I,Fe J,Navarrina F,Casteleiro M(2006)非结构化网格上使用移动最小二乘重建的高阶有限体积格式。浅水动力学应用。国际J数字方法工程65:295–331·Zbl 1111.76032号 ·doi:10.1002/nme.1442
[41] Deconick H,Paillere H,Struijs R,Roe PL(1993)基于守恒律系统涨落分裂的多维迎风格式。计算力学11:323–340·Zbl 0771.76048号 ·doi:10.1007/BF00350091
[42] Douglas J,Dupont T(1976)椭圆和抛物线Galerkin方法的内部惩罚程序。物理课堂笔记,第58卷。柏林施普林格
[43] Durlofsky LJ,Engquist B,Osher S(1992)用于双曲守恒律解的基于三角形的自适应模板。计算机物理杂志98:64–73·Zbl 0747.65072号 ·doi:10.1016/0021-9991(92)90173-V
[44] Eigestad G,Klausen R(1998)MPFA O方法的收敛性:不连续介质的数值实验。数值方法部分差异Equ 21:1079–1098·Zbl 1089.76037号 ·doi:10.1002/num.20079
[45] Elliott CM,French DM,Milner FA(1989)Cahn-Hilliard方程的二阶分裂方法。数字数学54:575–590·Zbl 0668.65097号 ·doi:10.1007/BF01396363
[46] Elliott CM,French DM(1989)二维Cahn-Hilliard方程的非协调有限元方法。SIAM数字分析杂志26:884–903·Zbl 0686.65086号 ·doi:10.1137/0726049
[47] Feng X,Prohl A(2004)相场模型的全离散有限元方法分析及其尖锐界面极限的近似值。数学计算73:541–567·Zbl 1115.76049号
[48] Friedrich O(1998)非结构化网格上平均值插值的加权基本非振荡格式。计算机物理杂志144:194–212·Zbl 1392.76048号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5988
[49] Frink NT(1992)在非结构化四面体网格上求解Euler方程的迎风格式。美国汽车协会期刊30:70·兹比尔07417.6043 ·数字对象标识代码:10.2514/3.10884
[50] Furihata D(2001)Cahn-Hilliard方程的稳定保守有限差分格式。数字数学87:675–699·Zbl 0974.65086号 ·doi:10.1007/PL00005429
[51] Godunov SK(1959)流体动力学方程间断解数值计算的差分方法。材料Sb 47:271–306·Zbl 0171.46204号
[52] Gossler A(2001)移动最小二乘:不规则间距计算点的数值微分方法。SANDIA报告,SAND2001-1669
[53] Harten A,Chakravarthy S(1991)一般几何的多维ENO方案。ICASE报告编号91-76
[54] Harten A,Lax P,Van Leer B(1983)关于双曲守恒律的上游差分格式和Godunov型格式。SIAM修订版25:35-61·兹伯利0565.65051 ·数字对象标识代码:10.1137/1025002
[55] Harten A,Osher S(1987)均匀高阶精确无振荡格式I.SIAM J Numer Ana 24:279–309·Zbl 0627.65102号 ·doi:10.1137/0724022
[56] Harten A,Engquist B,Osher S,Chakravarthy S(1987)均匀高阶精确基本无振荡格式III.计算物理杂志71:231–303·兹伯利0652.65067 ·doi:10.1016/0021-9991(87)90031-3
[57] Hu C,Shu C-W(1999)三角网格上的加权本质非振荡格式。计算机物理杂志150:97–127·Zbl 0926.65090号 ·doi:10.1006/jcph.1998.6165
[58] Iske A,Sonar T(1996)关于用径向基函数对ENO方案点函数进行最优恢复的函数空间结构。数理74:177–201·Zbl 0859.65110号 ·doi:10.1007/s002110050213
[59] Jawahar P,Kamath H(2000)非结构化网格上Euler和Navier-Stokes计算的高分辨率程序。计算机物理杂志164:165–203·Zbl 0992.76063号 ·doi:10.1006/jcph.2000.6596
[60] Jiang GS,Shu C-W(1996)加权ENO方案的有效实施。计算机物理杂志126:202–228·Zbl 0877.65065号 ·doi:10.1006/jcph.1996.0130
[61] Kay D,Welford R(2006)Cahn-Hilliard方程的多重网格有限元解算器。计算机物理杂志212:288–304·Zbl 1081.65091号 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.07.004
[62] Kim D,Kang K,Lowengrub J(2004)《Cahn-Hilliard流体的保守多重网格方法》。计算机物理杂志193:511–543·兹比尔1109.76348 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.07.035
[63] Klausen R,Russell T(2004)处理不连续系数的一些局部保守离散化方法之间的关系。计算地质科学8:341–377·Zbl 1124.76030号 ·doi:10.1007/s10596-005-1815-9
[64] Klausen R,Winther R(2006)四边形网格上多点通量近似的收敛性。数值方法部分差异Equ 22:1438–1454·Zbl 1106.76043号 ·doi:10.1002/num.20158年
[65] Lancaster P,Salkauskas K(1981),移动最小二乘法生成的曲面。数学计算155:141–158·Zbl 0469.41005号
[66] Levin D(1998)移动最小二乘的逼近能力。数学计算67:1517–1531·Zbl 0911.41016号 ·doi:10.1090/S025-5718-98-00974-0
[67] Li S,Liu WK(1996)移动最小二乘再生核方法:(II)傅里叶分析。计算机方法应用机械工程139:159–193·Zbl 0883.65089号 ·doi:10.1016/S0045-7825(96)01082-1
[68] 李思,刘文科(1999)再现统一的核层次划分,第一部分——公式和理论。国际J数字方法工程45:251–288·Zbl 0945.74079号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19990530)45:3<251::AID-NME583>3.0.CO;2-I型
[69] 刘伟科,郝伟,陈毅,军S,戈斯J(1997)多分辨率再生核粒子方法。计算力学20:295–309·Zbl 0893.73078号 ·doi:10.1007/s004660050252
[70] Liu WK,Li S,Belytschko T(1997)移动最小二乘再生核方法:(I)方法论与收敛性。计算方法应用机械工程143:113–154·Zbl 0883.65088号 ·doi:10.1016/S0045-7825(96)01132-2
[71] Liu XD,Osher S,Chan T(1994)加权本质非振荡方案。计算机物理杂志115:200–212·Zbl 0811.65076号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1187
[72] Nejat A、Ollivier-Gooch CF、Michalak K(2007)高阶非结构化有限体积解算器的精度评估方法。在:第18届AIAA计算流体动力学会议。美国航空航天研究所
[73] Ollivier-Gooch CF(1997)基于最小二乘重建的非结构化网格的高阶ENO格式。AIAA论文97-0540·Zbl 0899.76282号
[74] Ollivier-Gooch CF,Nejat A,Michalak K(2007)关于在非结构化网格上获得Euler方程的高阶有限体积解。在第18届AIAA计算流体动力学会议上。美国航空航天研究所
[75] Ollivier-Gooch CF,Van Altena M(2002)对流扩散方程的高精度非结构化网格有限体积格式。计算机物理杂志181:729–752·Zbl 1178.76251号 ·文件编号:10.1006/jcph.2002.7159
[76] Paillere H,Boxho J,Degrez G,Deconick H(1996)四边形单元上平流和平流扩散问题的残差分布方案。国际J数值方法流体23:923–936·Zbl 0886.76045号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0363(19961115)23:9<923::AID-FLD463>3.0.CO;2至9
[77] De Palma P,Pascazio G,Rubino DT,Napolitano M(2006)对流扩散方程的多维迎风残差分布方案。计算机物理杂志218:159–199·Zbl 1103.65092号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.02.020
[78] Peraire J,Persson P-O(2007)椭圆问题的紧致间断Galerkin方法。SIAM科学计算杂志,提交·Zbl 1167.65436号
[79] Ricchiuto M.,西卡。,Deconick H(2005)一般时间相关守恒定律的剩余分布。计算机物理杂志209:249–289·Zbl 1329.65228号 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.03.003
[80] Roe PL(1994)多维上绕。动机和概念。1994–1995年VKI系列讲座
[81] Roe PL(1981)近似黎曼解算器、参数向量和差分格式。计算机物理杂志43:357–372·Zbl 0474.65066号 ·doi:10.1016/0021-9991(81)90128-5
[82] Shapiro AH(1953)可压缩流体流动的动力学和热力学。罗纳德出版社,纽约
[83] Sherwin SJ、Kirby RM、PieróJ、Taylor RL、Zienkiewicz OC(2006)《二维椭圆间断Galerkin方法》。国际J数字方法工程65:752–784·Zbl 1117.65157号 ·doi:10.1002/nme.1466
[84] Shu C-W,Osher S(1988)本质上无振荡的冲击捕获方案的有效实施III.计算机物理杂志77:439–471·Zbl 0653.65072号 ·doi:10.1016/0021-9991(88)90177-5
[85] Shu C-W,Osher S(1988)本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现。计算机物理杂志77:439–471·Zbl 0653.65072号 ·doi:10.1016/0021-9991(88)90177-5
[86] Shu C-W,Osher S(1989)本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现,II。计算机物理杂志83:32–78·Zbl 0674.65061号 ·doi:10.1016/0021-9991(89)90222-2
[87] Sjögreen B,Yee HC(2004)高阶方法中基于多分辨率小波的自适应数值耗散控制。科学计算杂志20:211–255·Zbl 1106.76411号 ·doi:10.1023/B:JOMP.00008721.30071.e4
[88] Sonar T(1998)关于逐点最优有限体积ENO近似族。SIAM J数字分析35:2350–2369·Zbl 0921.65069号 ·doi:10.1137/S0036142997316013
[89] Sonar T(1997)关于一般三角剖分双曲守恒定律的基本非振荡有限体积近似的构造:多项式恢复、精度和模板选择。计算方法应用机械工程140:157–181·Zbl 0898.76086号 ·doi:10.1016/S0045-7825(96)01060-2
[90] 孙毅,王志杰(2004)非结构网格上标量和系统守恒定律的间断Galerkin和谱体积方法评估。国际J数值方法流体45:819–838·Zbl 1085.76547号 ·doi:10.1002/fld.726
[91] Sun ZZ(1995)二维Cahn-Hilliard方程的二阶精确线性化有限差分格式。数学计算64:1463–1471·Zbl 0847.65056号
[92] Van Albada GD,Van Leer B,Roberts W(1982)宇宙气体动力学计算方法的比较研究。《天体物理学》108:76–84·Zbl 0492.76117号
[93] Van Leer B(1997)走向最终保守差分格式V。Godunov方法的二阶续集。计算机物理杂志135:229–248·Zbl 0939.76063号 ·doi:10.1006/jcph.1997.5704
[94] Van Leer B,Nomura S(1997),扩散的间断Galerkin。在:第17届AIAA计算流体动力学会议。美国汽车协会2005-5108
[95] Van Rosendale J(1989)通过拉格朗日自适应网格进行浮动冲击拟合。ICASE 94–89
[96] Vaassen JM、Wautelet P、Essers JA(2001)非结构网格上高超声速反应流的二次重建方案。在:ECCOMAS计算流体动力学会议,英国威尔士斯旺西
[97] Venkatakrishnan V(1995)在带限制器的非结构网格上收敛到欧拉方程的稳态解。计算机物理杂志118:120–130·兹比尔0858.76058 ·doi:10.1006/jcph.1995.1084
[98] Wang ZJ,Liu Y(2002)非结构网格上守恒定律的谱(有限)体积法II:二维标量方程的扩展。计算机物理杂志179:665–697·Zbl 1006.65113号 ·doi:10.1006/jcph.2002.7082
[99] Wang ZJ,Liu Y(2004)非结构网格守恒定律的谱(有限)体积法III:一维系统和分区优化。科学计算杂志20:137–157·Zbl 1097.65100号 ·doi:10.1023/A:1025896119548
[100] Wang ZJ,Liu Y(2004)非结构网格守恒定律的谱(有限)体积法IV:对二维系统的扩展。计算机物理杂志194:716–741·Zbl 1039.65072号 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.09.012
[101] Wang ZJ,Liu Y(2006)非结构网格守恒定律的谱(有限)体积法VI:粘性流的扩展。计算机物理杂志215:41–58·Zbl 1140.76381号 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.10.019
[102] Wang ZJ(2002)非结构网格守恒定律的谱(有限)体积法:基本公式。计算机物理杂志178:210–251·Zbl 0997.65115号 ·doi:10.1006/jcph.2002.7041
[103] Wheeler M(1978)带内部惩罚的椭圆配置有限元方法。SIAM J数字分析15:152–161·Zbl 0384.65058号 ·doi:10.1137/0715010
[104] Wells GN,Kuhl E,Garikipati K(2006)Cahn-Hilliard方程的间断Galerkin方法。计算机物理杂志218:860-877·Zbl 1106.65086号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.03.010
[105] White FM(1991)《粘性流体流动》,第二版。McGraw-Hill,纽约
[106] Xia YX,Xu Y,Shu C-W(2007)Cahn-Hilliard型方程的局部间断Galerkin方法。计算机物理杂志227:472–491·Zbl 1131.65088号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.08.001
[107] Yan J,Shu C-W(2002)高阶导数偏微分方程的局部间断Galerkin方法。科学计算杂志17:27–47·Zbl 1003.65115号 ·doi:10.1023/A:1015132126817
[108] Yee HC,Sandham ND,Djomehri MJ(1999)使用基于特征的滤波器的低耗散高阶冲击捕获方法。计算机物理杂志150:199-238·Zbl 0936.76060号 ·doi:10.1006/jcph.1998.6177
[109] Zhang M,Shu C-W(2005)非连续Galerkin方法和谱有限体积方法的分析和比较。计算流体34:581–592·Zbl 1138.76391号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2003.05.006
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