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基于松弛的单相和两相浅流模型的黎曼解算器。与Roe和VFRoe解算器的关系。 (英语) 兹比尔1283.76048

摘要:我们提出了一个由松弛技术导出的经典单相浅层流动方程和描述固体颗粒材料和流体混合物的两相浅层流动模型的Riemann解算器。我们的主要兴趣是这个两相固体/流体模型的数值近似,其复杂性带来了现有求解器无法有效解决的数值困难。特别是,我们关心的是确保对干河床状态进行强有力的处理。该求解器使用的松弛系统是通过引入辅助变量来表示的,这些辅助变量替换了原始模型系统空间梯度中的动量。由此产生的松弛解算器与Roe解算器有关,因为其流高和松弛变量的Riemann解被正式计算为Roe的Rieman解。松弛解算器通过松弛参数的选择,在波结构规范中具有一定的自由度。这种灵活性可以用来处理稳定的真空状态,这是标准Roe方法的一个众所周知的困难,同时保持Roe的低扩散率。对于单相模型,流动高度的正值被严格保持。对于两相模型,通常无法确保体积分数的正值,可能需要对CFL数进行适当限制。尽管如此,数值实验表明,所提出的两相流求解器可以有效地模拟大范围流动条件下的干湿锋和真空形成。
作为我们研究的一个推论,我们表明,对于单相浅层流动方程,松弛解算器在形式上等价于具有保守变量的VFRoe解算器[T.加卢J.-M.马塞拉,C.R.学院。科学。,巴黎,Sér。I 323,第1期,77–84页(1996年;Zbl 0856.76045号)]. 松弛解释允许为这种VFRoe方法建立积极条件。

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76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
76T99型 多相多组分流动
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参考文献:

[1] 皮特曼,E.B。;Le,L.,雪崩和泥石流的双流体模型,Philos。事务处理。罗伊。Soc.A,3631573-1601(2005)·Zbl 1152.86302号
[2] Pirulli,M。;Mangeney,A.,岩石崩塌传播作为假定流变学函数的反分析结果,《岩石力学》。岩石工程,74,1,59-84(2008)
[3] Kuo,C.Y。;Tai,Y.C。;布丘特,F。;Mangeney,A。;佩兰蒂,M。;陈瑞福。;Chang,K.J.,基于一般地形上的圣维南方程的台湾草岭滑坡模拟,工程地质学。,104, 181-189 (2009)
[4] 法夫罗,P。;Mangeney,A。;卢卡斯,A。;克罗斯塔,G。;Bouchut,F.,地震数值模拟,地球物理。Res.Lett.公司。,37,L15305(2010)
[5] 艾弗森,R.M.,《泥石流物理学》,《地球物理学评论》。,35, 245-296 (1997)
[6] A.Mangeney、F.Bouchut、N.Thomas、J.-P.Vilotte、M.-O.Bristeau,自流道颗粒流及其水平-河道沉积物的数值模拟,J.Geophys。第112号决议,F02017,doi:10.1029/2006JF000469;A.Mangeney、F.Bouchut、N.Thomas、J.-P.Vilotte、M.-O.Bristeau,自流道颗粒流及其水平-河道沉积物的数值模拟,J.Geophys。第112号决议,F02017,doi:10.1029/2006JF000469
[7] N.Mangold、A.Mangeney、V.Migeon、V.Ansan、A.Lucas、D.Baratoux、F.Bouchut,《火星上的蜿蜒冲沟:频率、分布和水流特性的影响》,《地球物理学杂志》。研究,新闻稿doi:10.1029/2009JE003540;N.Mangold、A.Mangeney、V.Migeon、V.Ansan、A.Lucas、D.Baratoux、F.Bouchut,《火星上的蜿蜒冲沟:频率、分布和水流特性的影响》,《地球物理学杂志》。Res.,出版doi:10.1029/2009JE003540
[8] 卢卡斯,A。;Mangeney,A.,《火星上大型水手谷滑坡的流动性和地形效应》,地球物理。Res.Lett.公司。,34,l10201(2007)
[9] 佩兰蒂,M。;Bouchut,F。;Mangeney,A。;Vilotte,J.-P.,具有底部地形的两相重力颗粒流的数值模拟,(Benzoni-Gavage,S.;Serre,D.,双曲问题:理论、数值和应用,第十一届双曲问题国际会议论文集(法国里昂,2006)(2008),Springer),825-832·Zbl 1372.86002号
[10] 佩兰蒂,M。;Bouchut,F。;Mangeney,A.,可变地形上两相浅颗粒流的Roe-type格式,ESAIM-Math。模型。数字。,42, 851-885 (2008) ·Zbl 1391.76801号
[11] Godlewski,E。;Raviart,P.-A.,双曲守恒律系统的数值逼近(1996),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 1063.65080号
[12] Toro,E.F.,Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics(1997年),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin,Heidelberg·Zbl 0888.76001号
[13] LeVeque,R.J.,《双曲问题的有限体积方法》(2002),剑桥大学出版社·Zbl 1010.65040号
[14] Toro,E.F.,《自由表面浅流的冲击捕获方法》(2001年),Wiley·Zbl 0996.76003号
[15] Hervouet,J.-M.,《自由表面流动的流体动力学:有限元法建模》(2007),威利出版社·Zbl 1131.76002号
[16] Godunov,S.K.,《流体动力学方程间断解数值计算的差分方法》,Mat.Sb.,47,271-306(1959)·Zbl 0171.46204号
[17] Harten,A。;Lax,医学博士。;van Leer,B.,《关于双曲守恒律的上游差分和Godunov型格式》,SIAM Rev.,25,35-61(1983)·Zbl 0565.65051号
[18] Suliciu,I.,《利用速率型本构方程模拟相变,冲击波结构》,国际工程科学杂志。,28, 829-841 (1990) ·Zbl 0738.73007号
[19] Suliciu,I.,分段线性弹性或粘弹性本构方程模拟的相变中的一些稳定性-不稳定性问题,国际工程科学杂志。,30, 483-494 (1992) ·Zbl 0752.73009号
[20] Bouchut,F.,双曲守恒律有限体积方法的非线性稳定性,以及震源的井平衡方案(2004),Birkhäuser-Verlag·兹比尔1086.65091
[21] 伯顿,C。;Marche,F.,《浅水方程的保正高阶VFRoe格式:一类松弛格式》,SIAM J.Sci。计算。,30, 2587-2612 (2008) ·Zbl 1358.76053号
[22] George,D.L.,《具有稳态和淹没的浅水方程的增强黎曼解算器》,J.Compute。物理。,227, 6, 3089-3113 (2008) ·Zbl 1329.76204号
[23] LeVeque,R.J。;Pelanti,M.,一类近似黎曼解及其与松弛格式的关系,J.Compute。物理。,172, 572-591 (2001) ·Zbl 0988.65072号
[24] 卡斯特罗,M.J。;González-Vida,J.M。;Parés,C.,用改进的Roe格式对浅层水流中的干/湿锋进行数值处理,数学。模型。方法应用。科学。,16, 6 (2006) ·Zbl 1136.65330号
[25] 加拉多,J.M。;帕雷斯,C。;Castro,M.,关于具有地形和干燥区域的浅水方程的平衡良好的高阶有限体积格式,J.Compute。物理。,227574-601(2007年)·Zbl 1126.76036号
[26] 巴菲特,T。;加洛特,t。;Hérard,J.-M.,《圣维南简单方程》,C.R.Acad。科学。巴黎,塞里一世,323386-390(1998)·Zbl 0926.76064号
[27] 加洛特,t。;赫拉德,J.-M。;Seguin,N.,关于真空对称变量的使用,Calcolo,40,163-194(2003)·Zbl 1072.76042号
[28] 加洛特,t。;赫拉德,J.-M。;Seguin,N.,《利用地形计算浅水方程的一些近似Godunov格式》,计算。流体,32,479-513(2003)·兹比尔1084.76540
[29] Jin,S。;Xin,Z.P.,任意空间维守恒律系统的松弛格式,Commun。纯应用程序。数学。,48, 235-276 (1995) ·Zbl 0826.65078号
[30] Liu,T.P.,带松弛的双曲守恒律,Commun。数学。物理。,108, 153-175 (1987) ·Zbl 0633.35049号
[31] 科克尔,F。;Perthame,B.,流体动力学中一般压力定律的能量松弛和近似黎曼解算器,SIAM J.Numer。分析。,35, 2223-2249 (1998) ·Zbl 0960.76051号
[32] 加洛特,t。;J.Masella,《Godunov方法》,C.R.Acad。科学。巴黎,塞里一世,323,77-84(1996)·Zbl 0856.76045号
[33] 马塞拉,J.M。;失败,I。;Gallouöt,t.,《关于近似Godunov格式》,国际计算杂志。流体动力学。,12, 133-149 (1999) ·Zbl 0944.76041号
[34] 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
[35] L.H.Le,地球物理质量流新模型,博士论文,纽约州立大学布法罗分校,2006年。;L.H.Le,地球物理质量流新模型,博士论文,纽约州立大学布法罗分校,2006年。
[36] LeVeque,R.J.,多维双曲型系统的波传播算法,计算。物理。,131, 327-353 (1997) ·兹伯利0872.76075
[37] LeVeque,R.J.,《守恒定律的数值方法》(1990),Birkhäuser-Verlag·Zbl 0682.76053号
[38] 捆,D。;LeVeque,R.J。;米特兰,S。;Rossmanith,J.A.,具有空间变化通量函数的守恒定律和平衡定律的波传播方法,SIAM J.Sci。计算。,24, 955-978 (2002) ·Zbl 1034.65068号
[39] Toumi,I.,Roe近似黎曼解算器的弱公式,J.Compute。物理。,102, 360-373 (1992) ·Zbl 0783.65068号
[40] 帕雷斯,C。;Castro,M.J.,关于非保守双曲方程组Roe方法的良好平衡性。浅水系统应用,ESAIM-Math。模型。数字。,38, 821-852 (2004) ·Zbl 1130.76325号
[41] Parés,C.,《非保守双曲方程组的数值方法:理论框架》,SIAM J.Numer。分析。,44, 300-321 (2006) ·兹比尔1130.65089
[42] Einfeldt,B。;蒙兹,C.D。;罗伊,P.L。;Sjögreen,B.,关于低密度附近的Godunov型方法,J.Comput。物理。,92, 273-295 (1991) ·Zbl 0709.76102号
[43] Harten,A。;Hyman,J.M.,《一维双曲守恒律的自调整网格法》,J.Compute。物理。,50, 235-269 (1983) ·兹伯利0565.65049
[44] LeVeque,R.J。;George,D.L.,《具有测深和干燥状态的浅水方程的高分辨率有限体积法》,(Liu,P.L.-F;Yeh,H.;Synolakis,C.,《模拟海啸波和爬升的高级数值模型》,《海岸和海洋工程进展》,第10卷(2008),世界科学),43-73
[45] 巴菲特,T。;加洛特,t。;Hérard,J.-M.,计算非保守双曲系统的天真Riemann解算器,(国际数值数学系列,第129卷(1999),Birkhäuser-Verlag),129-138·Zbl 0939.76057号
[46] Declercq,E。;弗赖斯蒂尔,A。;Hérard,J.-M.,《数值模拟可压缩湍流的比较》,C.R.Acad。科学。巴黎,塞里一世,331011-1016(2000)·Zbl 1003.76060号
[47] Ovsyannikov,L.V.,双层浅水模型,Prikl。墨西哥。泰克。菲兹。,2, 3-14 (1979)
[48] Vreugdenhil,C.B.,《二维双层浅水流的数值研究》,J.Compute。物理。,33, 169-184 (1979) ·Zbl 0424.76078号
[49] 卡斯特罗,M.J。;马西亚斯,J。;Parés,C.,一类具有源项的耦合守恒定律系统的Q格式。应用于双层1-D浅水系统,ESAIM-Math。模型。数字。,35107-127(2001年)·Zbl 1094.76046号
[50] Abgrall,R。;Karni,S.,《双层浅水系统:松弛方法》,SIAM J.Sci。计算。,31, 1603-1627 (2009) ·Zbl 1188.76229号
[51] 巴菲特,T。;加洛特,t。;Hérard,J.-M.,粗略Godunov方案的续集:实际气体的应用,计算。流体,29813-847(2000)·Zbl 0961.76048号
[52] Maso,G.D。;LeFloch,P.G。;Murat,F.,非保守产品的定义和弱稳定性,J.Math。纯应用。,74, 483-548 (1995) ·兹比尔0853.35068
[53] 卡斯特罗,M.J。;LeFloch,P。;穆尼奥斯·鲁伊斯,M.L。;Parés,C.,《为什么许多冲击波理论是必要的:形式路径一致方案中的收敛误差》,J.Compute。物理。,227, 8107-8129 (2008) ·Zbl 1176.76084号
[54] Abgrall,R。;Karni,S.,《关于非保守产品计算的评论》,J.Compute。物理。,229, 8, 2759-2763 (2010) ·Zbl 1188.65134号
[55] R.J.LeVeque,抓回<http://www.amath.washington.edu/claw>; R.J.LeVeque,抓回<http://www.amath.washington.edu/claw>
[56] 佩兰蒂,M。;Quartapelle,L。;Vigevano,L.,保正Roe方案的低耗散熵修正,(Toro,E.F.,Godunov Methods:Theory and Applications(2001),Kluwer/Plenum Academic Press),685-690·Zbl 1064.76578号
[57] Dumbser,M。;卡斯特罗,M。;帕雷斯,C。;Toro,E.F.,非保守双曲方程组非结构网格上的ADER格式:地球物理流应用,计算。流体,381731-1748(2009)·Zbl 1177.76222号
[58] 卡斯特罗,M.J。;帕尔多,A。;帕雷斯,C。;Toro,E.F.,关于非守恒系统的一些快速平衡的一阶解算器,数学。计算。,79, 1427-1472 (2010) ·Zbl 1369.65107号
[59] 奥杜斯,E。;Bouchut,F。;马里兰州布里斯托。;Klein,R。;珀沙姆,B.,《一种快速、稳定、平衡良好的浅水流动静水压重建方案》,SIAM J.Sci。计算。,25, 2050-2065 (2004) ·Zbl 1133.65308号
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