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一种改进的保单调高阶格式及其在多相流计算中的应用。 (英语) Zbl 1519.76209号

摘要:基于单调性保持(MP)多项式的Runge-Kutta时间步进重建方案A.苏雷什H.T.Huynh先生《计算物理杂志》第136卷第1期,第83–99页(1997年;Zbl 0886.65099号)]在计算流体力学中广泛应用于求解双曲型偏微分方程和其他以对流为主的问题。然而,尽管MP方案在实现所需的高阶精度方面算法简单,但对于包含散布着不连续性的复杂光滑结构的流动的长期计算,它已被证明失去了准确性和鲁棒性。本文首先回顾了原始MP方案,重点分析了导致其失败的潜在原因。然后,我们提出了一种改进的MP方案,可以克服MP方案中的弱点。构造了该MP格式,使其能够绕过光滑极值而不损失精度,同时保持单调性并适当降低不连续点附近精度的阶数。考虑了各种具有挑战性的标量平流测试用例,以证明该方法的性能。数值结果表明,它在流动的光滑部分获得了高精度的解,并在精度和形状保持性方面取得了显著的改进。此外,在几类二维和三维非定常多相流中的成功应用突出了本方法在解决尖锐和复杂界面变形方面的潜力。

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76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
76Txx型 多相多组分流动
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参考文献:

[1] Puckett,E.G。;Almgren,A.S。;贝尔,J.B。;马库斯,D.L。;Rider,W.J.,《用于跟踪可变密度不可压缩流中流体界面的高阶投影方法》,J.Compute。物理。,130 (1997), 269-228 ·Zbl 0872.76065号
[2] Farhat,C。;Rallu,A。;Shankaran,S.,用于水下内爆三维两相流计算的高阶广义鬼流体方法,J.Compute。物理。,227, 7674-7700 (2008) ·Zbl 1269.76073号
[3] Lax,P.D.,非线性双曲方程的弱解及其数值计算,Comm.Pure Appl。数学。,7, 159-193 (1954) ·Zbl 0055.19404号
[4] Godunov,S.K.,流体力学方程间断解数值解的差分格式,Mat.Sb.(N.S.),47,89,271-306(1959)·Zbl 0171.46204号
[5] Roe,P.L.,近似黎曼解算器,参数向量和差分格式,J.Compute。物理。,43, 357-372 (1981) ·Zbl 0474.65066号
[6] van Leer,B.,《走向最终保守差分格式V》,戈杜诺夫方法的二阶续集,J.Compute。物理。,32, 1, 101-136 (1979) ·Zbl 1364.65223号
[7] 卡西迪,D.A。;Edwards,J.R。;Tian,M.,《多相混合流界面增强方案的研究》,J.Compute。物理。,228, 16, 5628-5649 (2009) ·兹比尔1280.76033
[8] Ha,C.T。;公园。,W.G。;Jung,C.M.,使用多重-流体模型,Int.J.Mult。流量,74,5-18(2015)
[9] Harten,A.,计算双曲守恒律弱解的高分辨率格式,J.Compute。物理。,49, 357-393 (1983) ·Zbl 0565.65050号
[10] Sweby,P.K.,使用通量限制器实现双曲守恒律的高分辨率方案,SIAM J.Numer。分析。,21, 5, 995-1011 (1984) ·兹伯利0565.65048
[11] Tadmor,E.,《非线性差分格式的便利总变差递减条件》,SIAM J.Numer。分析。,251002-1014(1988年)·Zbl 0662.65082号
[12] 科尔拉,P。;Woodward,P.R.,气体动力学模拟的分段抛物线方法(PPM),J.Compute。物理。,54, 1, 174-201 (1984) ·Zbl 0531.76082号
[13] 科尔拉,P。;Sekora,M.D.,PPM的限制器,在平滑极值处保持准确性,J.Compute。物理。,227, 15, 7069-7076 (2008) ·Zbl 1152.65090号
[14] 雅各布·J。;McFarland,J.A.,《带有蒸发颗粒的激波驱动多相流的数值方法》,J.Compute。物理。,344, 210-233 (2017) ·Zbl 1380.76057号
[15] Harten,A。;Osher,S。;Engquist,B。;Chakravarthy,S.R.,一致高阶精确本质非振荡格式的一些结果,应用。数字。数学。,2, 347-377 (1986) ·Zbl 0627.65101号
[16] 舒,C.W。;Osher,S.,《本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现》,J.Compute。物理。,77, 2, 439-471 (1988) ·Zbl 0653.65072号
[17] 刘晓东。;Osher,S。;Chan,T.,加权基本非振荡方案,J.Compute。物理。,115, 1, 200-212 (1994) ·Zbl 0811.65076号
[18] Coralic,V。;Colonius,T.,粘性可压缩多组分流动的有限体积WENO格式,J.Compute。物理。,274, 95-121 (2014) ·Zbl 1351.76100号
[19] Suresh,A。;Huynh,H.T.,带Runge-Kutta时间步进的精确单调保持格式,J.Compute。物理。,136, 83-99 (1997) ·Zbl 0886.65099号
[20] 达鲁,V。;Tenaud,C.,非定常可压缩流动计算的高阶一步单调保持格式,J.Compute。物理。,193, 2, 563-594 (2004) ·Zbl 1109.76338号
[21] 俄勒冈州波思。;夏,C。;亨德里克斯,T。;莫斯科,S。;Keppens,R.,MPI-AMRVAC,太阳和天体物理学,天体物理学。补充期刊。,214, 4, 1-34 (2014)
[22] 何,Z。;Zhang,Y。;高,F。;李,X。;Tian,B.,欧拉方程的一种改进的精确单调保持格式,计算。流体,140,1-10(2016)·Zbl 1390.76574号
[23] Owkes,M。;Desjardins,O.,《多相流界面捕获的非连续Galerkin保守水平集方案》,J.Compute。物理。,249275-302(2013年)·Zbl 1427.76218号
[24] Franchina,N。;萨维尼,M。;Bass,F.,利用理想气体EOS的L2投影通过间断Galerkin格式进行多组分气体流动计算,J.Compute。物理。,315302-322(2016)·Zbl 1349.65449号
[25] Saye,R.,隐式网格间断Galerkin方法和高精度界面动力学的界面量规方法,及其在表面张力动力学、刚体-流体-结构相互作用和自由表面流动中的应用:第一部分,J.计算。物理。,344, 647-682 (2017) ·Zbl 1380.76045号
[26] 维斯巴尔,M.R。;Gaitonde,D.V.,《关于曲线网格和变形网格上高阶有限差分格式的使用》,J.Compute。物理。,181155-185(2002年)·Zbl 1008.65062号
[27] Lerat,A.,非定常可压缩Euler和Navier-Stokes方程的高效高阶紧致格式,J.Compute。物理。,322, 365-386 (2016) ·Zbl 1351.76168号
[28] 刘,Y。;Vinokur,M。;Wang,Z.J.,非结构网格上守恒定律的谱(有限)体积法。五: 三维系统扩展,J.Compute。物理。,212, 2, 454-472 (2006) ·Zbl 1085.65099号
[29] 纳扎里,F。;Mohammadian,A。;Charron,M.,高阶低耗散低色散对角隐式Runge-Kutta格式,J.Compute。《物理学》,286,38-48(2015)·Zbl 1352.65191号
[30] Jin,Y。;廖,F。;Cai,J.,可压缩流动的优化低耗散和低弥散方案,J.计算。物理。,371, 820-849 (2018) ·Zbl 1415.76486号
[31] 苏,Y。;Kim,S.H.,用于变密度低马赫数湍流模拟的改进一致、保守、无振荡和高阶有限差分格式,J.Compute。物理。,372, 202-219 (2018) ·Zbl 1415.76487号
[32] Shu,C.W.,对流占优问题的高阶加权本质非振荡格式,SIAM Rev.,51,82-126(2009)·Zbl 1160.65330号
[33] Abgrall,R。;Ricchiuto,M.,《CFD的高阶方法》。计算力学百科全书(2017),约翰·威利·索恩斯
[34] Balsara,D.,《计算天体物理学的高阶精确时空方案——第一部分:有限体积方法》,《生命反推计算》,天体物理学,3,2,1-151(2017)
[35] Shu,C.W.,本质上无振荡,加权本质上无-双曲守恒律的振荡格式,(Quarteroni,A.,非线性双曲方程的高级数值逼近,1697(1998),Springer:Springer-Belin,Heidelberg),数学讲义·Zbl 0927.65111号
[36] 哥特利布,S。;Gottlieb,D。;Shu,C.W.,恢复稳态WENO计算中的高阶精度-状态双曲系统,J.Sci。计算。,28, 2-3, 307-318 (2006) ·兹比尔1158.76365
[37] 蒋国胜(Jiang,G.S.)。;Shu,C.W.,加权ENO方案的高效实现,J.Compute。物理。,126, 202-228 (1996) ·Zbl 0877.65065号
[38] Casper,J。;Carpenter,M.,《冲击声模拟的计算考虑》,SIAM J.Sci。计算。,19, 813-828 (1998) ·Zbl 0918.76045号
[39] 罗杰森,A.M。;Meiburg,E.,ENO格式收敛性的数值研究,J.Sci。计算。,5, 2, 151-167 (1990) ·Zbl 0732.65086号
[40] Shu,C.W.,ENO和修正ENO格式精度的数值实验,科学杂志。计算。,5, 127-149 (1990) ·Zbl 0732.65085号
[41] 库马尔,G。;吉里马吉,S.S。;凯里莫,J.,WENO-增强型气体-可压缩转捩和湍流直接模拟的动力学方案,J.Compute。物理。,234, 499-523 (2013)
[42] Dumbser,M。;Boscheri,W.,高阶非结构化拉格朗日方程--保守双曲系:可压缩多相流的应用,计算。流体,86,405-432(2013)·Zbl 1290.76081号
[43] Gjennestad,文学硕士。;Gruber,A。;Lervág,K.Y。;约翰森。;埃尔维克,奥兰多。;锤子,M。;Munkejord,S.T.,三的计算-三维的-二氧化碳相流使用高-订单WENO方案,J.计算。物理。,348, 1-22 (2017) ·Zbl 1380.76059号
[44] 王,B。;向,G。;胡晓云,增量-可压缩两相流模拟的模板WENO重建,国际J.Mult。流量,104,20-31(2018)
[45] Erlebacher,G。;侯赛尼,Y。;Shu,C.W.,激波与纵向涡的相互作用,《流体力学杂志》,337,129-153(1997)·Zbl 0889.76033号
[46] del,M。;Raga,C.M.,《有限差分加权基本非科学方案和相关问题的新计算技术》(2014年),瓦伦西亚大学博士。论文
[47] 杨,Y。;Wan,M。;Shi,Y。;Yang,K。;Chen,S.,可压缩磁流体动力学湍流的混合方案,计算机J。物理。,306, 73-91 (2016) ·Zbl 1351.76196号
[48] Gerolymos,G.A。;Sénéchal,D。;Vallet,I.,超高阶WENO格式,J.Compute。物理。,228、23、8481-8524(2009年)·Zbl 1176.65088号
[49] 冯·H。;胡,F。;Wang,R.,一个新的映射加权本质非振荡格式,J.Sci。计算。,51, 2, 449-473 (2012) ·兹比尔1253.65124
[50] van Litha,B.S。;十,J.H.M。;Boonkkamp,T。;IJzerman,W.L.,《嵌入式WENO:改进现有WENO方案的设计策略》,J.Compute。物理。,330, 529-549 (2017) ·Zbl 1380.65191号
[51] Harten,A.,具有子单元分辨率的ENO方案,J.Compute。物理。,83, 148-184 (1989) ·兹伯利0696.65078
[52] Yang,H.,ENO方案的人工压缩方法:斜率修正法,J.Compute。物理。,89, 1, 125-160 (1990) ·Zbl 0705.65062号
[53] Pathak,H.S。;Shukla,R.K.,自适应有限元-可压缩欧拉方程动态重分配网格上的体积WENO格式,J.Compute。物理。,319, 200-230 (2016) ·Zbl 1349.76375号
[54] Després,B。;Lagoutière,F.,线性平流和可压缩气体动力学的接触间断捕获方案,科学杂志。计算。,16, 479-524 (2001) ·Zbl 0999.76091号
[55] Acker,F。;德·R·B。;博尔赫斯,R。;Costa,B.,改进的WENO-z格式,J.Compute。物理。,313, 726-753 (2016) ·Zbl 1349.65260号
[56] Fu,L。;胡晓云。;Adams,N.A.,一类新的双曲守恒律自适应高阶定向ENO格式,J.Compute。物理。,374, 724-751 (2018) ·Zbl 1416.65262号
[57] Balsara,D.S。;Garain,S。;Shu,C.W.,一类有效的自适应阶WENO格式,J.Compute。物理。,326, 780-804 (2016) ·Zbl 1422.65146号
[58] Roe,P.L.,欧拉方程基于特征的方案,年度。流体力学版次。,18, 337-365 (1986) ·Zbl 0624.76093号
[59] van Leer,B.,《走向最终保守差分格式II》。单调性和守恒结合在二阶格式中,J.Comput。物理。,14, 4, 361-370 (1974) ·Zbl 0276.65055号
[60] Kriel,A.J.,磁通限制器极值方案的误差分析,J.Compute。物理。,328371-386(2017)·Zbl 1406.65069号
[61] Balsara,D.S。;Shu,C.W.,单调性保留加权本质非-精度越来越高的振荡格式,J.Compute。物理。,160, 2, 405-452 (2000) ·Zbl 0961.65078号
[62] 赞纳,L.D。;O.扎诺蒂。;布契亚蒂尼,N。;Londrilo,P.,ECHO:广义相对论磁流体动力学和磁动力学的欧拉保守高阶方案,Astron。天体物理学。,473,1,11-30(2007年)
[63] 李,Z。;Jaberi,F.A.,超音速湍流数值模拟的高阶有限差分方法,国际J·数值。《液体方法》,68,740-766(2012)·Zbl 1426.76477号
[64] 方,J。;姚明,Y。;Zheltovodov,A.A。;李,Z。;Lu,L.,串联膨胀压缩角周围超音速湍流的直接数值模拟,Phys。流体,27,第125104条pp.(2015)
[65] 特诺达,C。;Roussel,O。;Bentaleb,L.,使用自适应多分辨率技术结合高分辨率-订购一件-阶跃冲击-捕获方案,计算。流体,120111-125(2015)·Zbl 1390.76522号
[66] 陈,Y。;Tóth,G.等人。;Gombosi,T.I.,块自适应曲线网格上双曲方程的五阶有限差分格式,J.Compute。物理。,126, 604-621 (2016) ·Zbl 1349.65278号
[67] Reynaud,M。;弗罗特。;Chinnayya,A.,《气体起爆与可压缩层相互作用的计算研究》,Phys。流体,29,第056101条pp.(2017)
[68] 北卡罗来纳州沙兰。;马蒂欧,G。;Dimotakis,P.E.,《大涡模拟中的混合、标量有界性和数值耗散》,J.Compute。物理。,369, 148-172 (2018) ·Zbl 1392.76023号
[69] Yaqun,Y。;宝林,T。;Mo,Z.,混合单调性-可压缩欧拉方程的保分抛物线方法,计算。流体,159,1-8(2017)·Zbl 1390.76640号
[70] 采达,M。;Torrilhon,M.,紧凑型三分之一-有限体积法的限阶函数,J.Comput。物理。,228, 4118-4145 (2009) ·Zbl 1273.76286号
[71] 黄,C。;Chen,L.L.,具有自适应阶次的WENO格式的简单平滑指示符,J.Compute。物理。,352, 498-515 (2018) ·兹比尔1375.76110
[72] 刘,S。;沈毅。;曾,F。;Yu,M.,一种改进WENO的新加权方法-Z方案,国际J数字。方法。流体,87,271-291(2018)
[73] Brackbill,J.U。;科特,D.B。;Zemach,C.,《模拟表面张力的连续体方法》,J.Compute。物理。,100, 2, 335-354 (1992) ·Zbl 0775.76110号
[74] 默克尔,C.L。;冯,J。;Buelow,P.E.O.,板材空化动力学的计算模型,(第三届空化国际研讨会论文集,格勒诺布尔,法国格勒诺布(1998))
[75] Arnone,A。;Liou,M.S。;波维内利,洛杉矶,纳维一体化-使用双时间步进和多重网格方法的Stokes方程,AIAA期刊,33,6,985-990(1995)·Zbl 0844.76069号
[76] Chorin,A.J.,《解决不可压缩流动问题的数值方法》,J.Compute。物理。,135, 2, 118-125 (1997) ·Zbl 0899.76283号
[77] Owis,F.M。;Nayfeh,A.H.,空化弹丸上方三维不可压缩多相流的数值模拟,欧洲机械杂志。B/流体,23,339-351(2004)·Zbl 1068.76082号
[78] 韦斯,J.M。;Smith,W.A.,《应用于可变和恒定密度流的预处理》,AIAA J.,33,2050-2057(1995)·Zbl 0849.76072号
[79] R.C.斯旺森。;Radespiel,R。;Turkel,E.,《关于一些数值耗散格式》,J.Compute。《物理学》,147,2518-544(1998)·Zbl 0934.76050号
[80] Ha,C.T。;Park,W.G.,计算可压缩空化流和通风流的预处理方案中新标度项的评估,海洋工程,126,432-466(2016)
[81] Ha,C.T。;Kim,D.H。;帕克,W.G。;Jung,C.M.,计算可压缩多重介质的压缩界面捕获方案-流体流动,计算。流体,152164-181(2017)·Zbl 1390.76568号
[82] 恩赖特,D。;Fedkiw,R。;Ferziger,J。;Mitchell,I.,《改进界面捕获的混合粒子水平集方法》,J.Compute。物理。,183,183-116(2002年)·Zbl 1021.76044号
[83] 海辛,S。;Turek,S。;库兹明,D。;北卡罗来纳州帕罗里尼。;伯曼,E。;Ganesan,S。;Tobiska,L.,《二维气泡动力学的定量基准计算》,国际期刊数值。方法。流体,60,1259-1288(2009)·Zbl 1273.76276号
[84] Aland,S。;Voigt,A.,二维气泡动力学扩散界面模型的基准计算,Int.J.Numer。方法。流体,69,747-761(2012)
[85] 克利夫特,R。;格雷斯·J·R。;韦伯,M.E.,《气泡、水滴和颗粒》(1978),学术出版社:纽约学术出版社
[86] Duan,G.T。;陈,B。;向,B。;Wang,Y.,一个多相MPS解算器,用于建模多流体与自由表面的相互作用及其在溢油中的应用,计算。方法应用。机械。工程,320,133-161(2017)·Zbl 1439.76004号
[87] 劳斯,H。;McNown,J.S.,《气蚀和压力分布:零偏航角下的头部形状》,爱荷华州州立大学工程部。,32, 1-70 (1948)
[88] Owis,F.M。;Nayfeh,A.H.,空化高速鱼雷上方可压缩多相流的计算,J.Fluids Eng,125,4,459-468(2003)
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