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非恒定平流速度高阶方法的光谱分析对比研究。 (英语) Zbl 1483.65173号

数值方法对流动特性动态变化的响应是数值建模校准的一个关键组成部分,作者探索了一系列谱分析和典型流体力学问题,以比较高阶谱差分格式和通量重建方法的响应。这样做是为了更好地了解典型工程应用中数值方法的预期行为。本工作基于三种主要方法来解决数值方案的准确性和鲁棒性:(a)时间特征分析,(b)空间特征分析,和(c)非模态分析。所有这些技术都推广到非齐次线性对流方程的非恒定一维守恒定律。线性平流方程保证了通量重建(FR)和谱差(SD)格式的数值稳定性,而在非常系数的情况下可能会出现混叠误差。
作者对高阶方案进行了全面的谱分析,提出了经典的时间方法以及最近的空间和非模态分析。所有这些技术都应用于FR方法,特别是恢复节点间断Galerkin(DG)和线性平流的SD格式。作者通过一系列数值实验验证了理论结果。为了验证空间特征分析结果,使用SD格式对具有指定入口条件的恒速平流方程进行了离散。根据空间特征分析理论,观察到典型的中心通量耗散气泡。作者得出结论,逆风通量是隐式大涡模拟(ILES)计算最合适的选择。尽管如此,近似的阶数和精度水平仍起着重要作用,很容易导致耗散水平不足或过高。在ILES的文献中,通常使用使用逆风通量的高阶离散化(通常为三到四阶)。谱分析,如本文所述,可以作为一种有用的工具,用于设计动态显式子网格尺度(SGS)模型,该模型根据近似阶数调整耗散水平。

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参考文献:

[1] Slotnick,J.、Khodadoust,A.、Alonso,J.,Darmofal,D.、Gropp,W.、Lurie,E.、Mavriplis,D.:CFD愿景2030研究:革命性计算气象学之路。技术报告,NASA兰利研究中心,弗吉尼亚州汉普顿23681-2199,NASA承包商报告218178(2014年3月)
[2] 文森特,体育;詹姆逊(Jameson,A.),《促进流体动力学界采用非结构化高阶方法》,数学。模型。《自然现象》,6,3,97-140(2011)·Zbl 1387.76002号 ·doi:10.1051/mmnp/20116305
[3] Fernandez,P.,Nguyen,N.-C.,Peraire,J.:关于非连续Galerkin方法模拟欠分辨率湍流的能力。预印arXiv:1810.09435
[4] 费尔南德斯,P。;Nguyen,N。;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 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.02.015
[5] Fernandez,P.,Nguyen,N.-C.,Peraire,J.:可压缩Euler和Navier-Stokes方程的熵稳定混合间断Galerkin方法。预印arXiv:1808.05066
[6] 贝克,AD;Bolemann,T。;弗拉德·D。;弗兰克·H。;GJ加斯纳;辛登朗,F。;Munz,C-D,用于过渡流和湍流模拟的高阶非连续Galerkin谱元方法,国际期刊数值。方法流体,76,8,522-548(2014)·文件编号:10.1002/fld.3943
[7] 弗拉德·D。;Gassner,G.,《关于在大涡模拟中使用动能保持差分格式》,J.Compute。物理。,350, 782-795 (2017) ·Zbl 1380.76019号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.09.004
[8] 卡尼亚达基斯,G。;Sherwin,S.,《计算流体动力学的谱/HP元素方法》(2013),牛津:牛津大学出版社,牛津·兹比尔1256.76003
[9] Lele,SK,具有光谱分辨率的紧凑有限差分格式,J.Compute。物理。,103, 1, 16-42 (1992) ·Zbl 0759.65006号 ·doi:10.1016/0021-9991(92)90324-R
[10] 转向架,C。;Bailly,C.,流量和噪声计算的一系列低色散和低耗散显式格式,J.Compute。物理。,194,1194-214(2004年)·Zbl 1042.76044号 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.09.003
[11] Van den Abeele,K。;拉科尔,C。;Wang,ZJ,关于光谱差分法的稳定性和准确性,科学杂志。计算。,37, 2, 162-188 (2008) ·Zbl 1203.65132号 ·doi:10.1007/s10915-008-9201-0
[12] 文森特,体育;卡斯通盖,P。;Jameson,A.,《冯·诺依曼高阶通量重建方案分析的见解》,J.Compute。物理。,230, 22, 8134-8154 (2011) ·Zbl 1343.65117号 ·doi:10.1016/j.jcp.2011.07.013
[13] 莫拉,RC;SJ Sherwin;Peiró,J.,线性弥散扩散分析及其在使用间断Galerkin谱/HP方法进行欠分辨率湍流模拟中的应用,J.Compute。物理。,298, 695-710 (2015) ·Zbl 1349.76131号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.06.020
[14] Vanharen,J。;Puigt,G。;瓦瑟尔,X。;Boussuge,J-F;Sagaut,P.,《重新审视高阶谱间断方法的谱分析》,J.Compute。物理。,337, 379-402 (2017) ·Zbl 1415.76577号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.02.043
[15] 赫塞文,JS;Warburton,T.,《节点间断Galerkin方法:算法、分析和应用》(2007),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1134.65068号
[16] Cockburn,B。;Shu,C.,对流扩散系统的局部间断Galerkin有限元方法,SIAM J.Numer。分析。,35, 2440-2463 (1998) ·Zbl 0927.65118号 ·doi:10.1137/S0036142997316712
[17] Cockburn,B。;Shu,C.,守恒定律的Runge-Kutta间断Galerkin有限元方法V:多维系统,J.Compute。物理。,141, 199-224 (1998) ·Zbl 0920.65059号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5892
[18] Huynh,H.T.:高阶格式的通量重建方法,包括间断Galerkin方法。摘自:第18届AIAA计算流体动力学会议,第4079页(2007年)
[19] 文森特,体育;卡斯通盖,P。;Jameson,A.,一类新的高阶能量稳定通量重建方案,J.Sci。计算。,47, 1, 50-72 (2011) ·Zbl 1433.76094号 ·doi:10.1007/s10915-010-9420-z
[20] 科普里瓦,DA;Kolias,JH,可压缩流动的保守交错网格Chebyshev多域方法,J.Compute。物理。,1251244-261(1996年)·Zbl 0847.76069号 ·doi:10.1006/jcph.1996.0091
[21] 刘,Y。;Vinokur,M。;Wang,Z.,《非结构网格的谱差分方法I:基本公式》,J.Compute。物理。,216, 2, 780-801 (2006) ·Zbl 1097.65089号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.01.024
[22] 王,Z。;刘,Y。;May,G。;Jameson,A.,《非结构化网格的谱差分法II:欧拉方程的扩展》,J.Sci。计算。,32,1,45-71(2007年)·Zbl 1151.76543号 ·doi:10.1007/s10915-006-9113-9
[23] 胡,FQ;Atkins,HL,非均匀网格间断Galerkin方法的特征解分析:I.一维,J.Compute。物理。,182, 2, 516-545 (2002) ·Zbl 1015.65048号 ·文件编号:10.1006/jcph.2002.7184
[24] Mengaldo,G。;莫拉,R。;吉拉尔达,B。;佩罗,J。;Sherwin,S.,《不连续Galerkin格式的空间特征解分析与欠分辨率计算和隐式LES的实用见解》,计算。流体,169349-364(2018)·Zbl 1410.76103号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2017.09.016
[25] Mengaldo,G。;De Grazia,D。;莫拉,RC;Sherwin,SJ,能量稳定通量重建方案的空间特征解分析以及数值通量对精度和鲁棒性的影响,J.Compute。物理。,358, 1-20 (2018) ·Zbl 1381.76129号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.12.019
[26] 莫拉·R。;阿曼,M。;佩罗,J。;Sherwin,S.,谱/HP连续Galerkin格式的空间特征分析及其通过DG-模拟谱消失粘度的稳定性:在高雷诺数流动中的应用,J.Compute。物理。,406, 109112 (2019) ·Zbl 1453.76153号 ·doi:10.1016/j.jcp.2019.109112
[27] 施密德,PJ,非模态稳定性理论,Annu。流体力学版次。,39, 129-162 (2007) ·兹比尔1296.76055 ·doi:10.1146/annurev.fluid.38.050304.092139
[28] 特里芬,LN;特雷费坦,AE;南卡罗来纳州雷迪;Driscoll,TA,《无特征值流体动力稳定性》,《科学》,261,5121,578-584(1993)·Zbl 1226.76013号 ·doi:10.1126/science.261.5121.578
[29] Trefethen,LN,线性算子的伪谱,SIAM Rev.,39,3,383-406(1997)·Zbl 0896.15006号 ·doi:10.1137/S0036144595295284
[30] Manzanero,J。;鲁比奥,G。;费雷尔,E。;Valero,E.,《非恒定系数平流问题的色散损耗分析:不连续Galerkin公式的应用》,SIAM J.Sci。计算。,40、2、A747-A768(2018)·Zbl 1453.65337号 ·doi:10.1137/16M1101143
[31] Manzanero,J。;鲁比奥,G。;费雷尔,E。;瓦莱罗,E。;Kopriva,DA,《应用于Gauss-Lobatto间断Galerkin方法的对流方程混叠驱动不稳定性的见解》,科学杂志。计算。,751262-1281(2017)·兹比尔1422.65263 ·doi:10.1007/s10915-017-0585-6
[32] Jameson,A.,光谱差分法在所有精度等级下稳定性的证明,J.Sci。计算。,45, 1, 348-358 (2010) ·Zbl 1203.65198号 ·数字对象标识代码:10.1007/s10915-009-9339-4
[33] A.詹姆逊。;文森特,P。;Castonguay,P.,关于通量重建方案的非线性稳定性,科学杂志。计算。,50, 2, 434-445 (2012) ·Zbl 1457.65116号 ·doi:10.1007/s10915-011-9490-6
[34] 费尔南德斯,P。;莫拉,RC;Mengaldo,G。;Peraire,J.,《谱元方法的非模态分析:实现精确和稳健的大循环模拟》,计算。方法应用。机械。工程师,346,43-62(2019)·Zbl 1440.76057号 ·doi:10.1016/j.cma.2018.11.027
[35] 阿斯塔纳,K。;Jameson,A.,具有最小色散和耗散的高阶通量重建方案,J.Sci。计算。,62, 3, 913-944 (2015) ·Zbl 1329.65217号 ·doi:10.1007/s10915-014-9882-5
[36] Liang,C。;Premasuthan,S。;Jameson,A.,使用谱差法对低马赫数层流通过两个并排圆柱的高精度模拟,计算。结构。,87, 11-12, 812-827 (2009) ·doi:10.1016/j.compstruc.2008.12.016
[37] Liang,C。;A.詹姆逊。;Wang,ZJ,混合元非结构网格上可压缩流动的谱差分法,J.Compute。物理。,228, 8, 2847-2858 (2009) ·Zbl 1159.76029号 ·doi:10.1016/j.jcp.2008.12.038
[38] 坎特韦尔,C。;莫西·D·。;Comerford,A。;博利斯,A。;罗科·G。;Mengaldo,G。;格拉齐亚,DD;雅科夫列夫,S。;伦巴第,J-E;Ekelschot,D。;Jordi,B。;Xu,H。;穆罕默德,Y。;埃斯基尔森,C。;B.纳尔逊。;Vos,P。;比奥托,C。;Kirby,R。;Sherwin,S.,Nektar++:开源频谱/HP元素框架,计算。物理。社区。,192, 205-219 (2015) ·Zbl 1380.65465号 ·doi:10.1016/j.cpc.2015.02.008
[39] GI泰勒;格林,AE,大漩涡产生小漩涡的机制,Proc。R.Soc.伦敦。A、 158、895、499-521(1937)·JFM 63.1358.03标准 ·doi:10.1098/rspa.1937.0036
[40] 礼拜堂,J-B;洛达托,G。;Jameson,A.,关于自由衰减和壁面有界湍流的谱差分法数值耗散的研究,Comput。流体,139261-280(2016)·Zbl 1390.76557号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2016.03.006
[41] Manzanero,J.,Ferrer,E.,Rubio,G.,Valero,E.:关于数值耗散在使用间断Galerkin方法稳定欠分辨率湍流模拟中的作用(2018)
[42] 莫拉,RC;Mengaldo,G。;佩罗,J。;Sherwin,SJ,关于Euler湍流隐式LES/欠分辨DNS的高阶不连续Galerkin方法的涡流分辨能力,J.Comput。物理。,330, 615-623 (2017) ·Zbl 1378.76036号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.10.056
[43] Chapelier,J.-B.,Lodato,G.:气动声学和湍流计算的最佳高阶谱差分格式。AIAA论文2017-1228(2017)1-17,第55届AIAA航空航天科学会议,德克萨斯州葡萄藤,2017年1月9日至13日。doi:10.2514/6.2017-1228
[44] 胡,FQ;侯赛尼,M。;Rasetarinera,P.,波传播问题的非连续Galerkin方法分析,J.计算。物理。,151, 2, 921-946 (1999) ·Zbl 0933.65113号 ·doi:10.1006/jcph.1999.6227
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