×

CBS-SEM中不可压缩流过积分技术稳定性的分析/应用。 (英语) Zbl 1524.76233号

摘要:当基于特征的分裂(CBS)方案与谱元法(SEM)相结合时,CBS方案中的高阶非线性项会产生不可忽略的混叠误差,这会导致严重的稳定性问题。本文建立了基于CBS-SEM的不可压缩流动模拟的稳定框架,并通过过积分进行了稳定。引入的过积分通过用高阶插值逼近非线性项来解决混叠驱动的不稳定性。通过数值实验,从稳定性范围、解质量和计算效率方面评估了稳定框架的性能。主要结论如下:(1)过积分有效地扩大了CBS-SEM的稳定性范围,其中低阶插值的增加更为显著。(2) 对于极低分辨率的问题,在数值实验中观察到两种类型的不稳定性,包括CFL条件限制引起的不稳定性和混叠误差引起的不稳定。经验证,稳定框架可有效处理这两种类型的不稳定性。(3) 过积分的阶数对稳定性影响不大,但它显著改善了高阶插值对复杂流动结构的捕捉。此外,对翼型不可压缩流动进行了数值研究,以进一步证明该框架的有效性。

MSC公司:

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76平方米 谱方法在流体力学问题中的应用
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟

软件:

内克塔尔++
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Em Karniadakis,G。;Sherwin,S.,《CFD的谱/hp有限元方法》(1999),牛津大学出版社:牛津大学出版社,1999年1月·Zbl 0954.76001号
[2] Wang,Y。;秦,G.,通过勒让德谱元近似模拟方腔内自然对流换热的改进时间分裂方法,计算。流体,174122-134(2018)·Zbl 1410.76319号
[3] 坎特韦尔,C.D。;莫西·D·。;Comerford,A。;博利斯,A。;罗科·G。;Mengaldo,G。;De Grazia,D。;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。;Bioto,C.公司。;Kirby,R.M。;Sherwin,S.J.,Nektar++:开源光谱/hp元素框架,计算。物理学。社区。,192, 205-219 (2015) ·Zbl 1380.65465号
[4] 莫西·D·。;坎特韦尔,C.D。;鲍,Y。;卡西内利,A。;卡斯蒂格利奥尼,G。;Chun,S。;朱达·E。;Kazemi,E。;拉克霍夫,K。;Marcon,J。;Mengaldo,G.(蒙加尔多,G.)。;塞尔森,D。;特纳,M。;Xu,H。;佩罗,J。;Kirby,R.M。;Sherwin,S.J.,Nektar++:增强高保真谱/hp元素方法的能力和应用,计算。物理学。社区。,第249条,第107110页(2020年)·Zbl 07678500号
[5] 严振国。;潘,Y。;卡斯蒂格利奥尼,G。;Hillewaert,K。;佩罗,J。;莫西·D·。;Sherwin,S.J.,Nektar++:使用无雅可比牛顿-克利洛夫方法设计和实现隐式谱/hp元素可压缩流求解器,计算。数学。申请。,81, 351-372 (2021) ·兹比尔1456.76087
[6] 克里斯蒂,我。;格里菲斯,D.F。;米切尔,A.R。;Zienkiewicz,O.C.,《具有重要一阶导数的二阶微分方程的有限元方法》,Int.J.Numer。方法工程,10,6,1389-1396(1976)·Zbl 0342.65065号
[7] Kelly,D.W。;中泽,S。;齐恩基维茨,O.C。;Heinrich,J.C.,对流扩散问题有限元近似中上卷和各向异性平衡耗散的注释,国际J数值。方法工程,15,11,1705-1711(1980)·Zbl 0452.76068号
[8] 布鲁克斯,A.N。;Hughes,T.J.,对流主导流的Streamline迎风/Petrov-Galerkin公式,特别强调不可压缩Navier-Stokes方程,计算。方法应用。机械。工程师,32,1-3,199-259(1982)·兹标0497.76041
[9] Black,K.,用于近似可压缩流体流动的保守谱元方法,Kybernetika,35,1,133-146(1999)·Zbl 1274.76271号
[10] Nigro,A。;De Bartolo,C。;Crivellini,A。;Franciolini,M。;科伦坡,A。;Bassi,F.,低马赫数湍流欠分辨率模拟的低耗散DG方法,计算。数学。申请。,77, 6, 1739-1755 (2019) ·Zbl 1442.65270号
[11] 莫拉,R.C。;Mengaldo,G。;佩罗,J。;Sherwin,S.J.,关于欧拉湍流隐式LES/欠解析DNS的高阶不连续伽辽金方法的涡解析能力,J.Comput。物理。,330, 615-623 (2017) ·Zbl 1378.76036号
[12] Mengaldo,G。;莫拉,R.C。;吉拉尔达,B。;佩罗,J。;Sherwin,S.J.,不连续Galerkin格式的空间特征解分析,对欠分辨率计算和隐式LES R的实际见解,计算。流体,169349-364(2018)·Zbl 1410.76103号
[13] Mengaldo,G。;De Grazia,D。;莫拉,R.C。;Sherwin,S.J.,能量稳定通量重建方案的空间本征解分析以及数值通量对精度和鲁棒性的影响,J.Comput。物理。,358, 1-20 (2018) ·Zbl 1381.76129号
[14] 费尔南德斯,P。;莫拉,R.C。;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,346,43-62(2019)·Zbl 1440.76057号
[15] Mengaldo,G.,《非连续谱/hp元素方法:可压缩流的开发、分析和应用》(2015),伦敦帝国理工学院博士论文
[16] 齐恩基维茨,O。;泰勒,R。;Nithiarasu,P.,流体动力学有限元方法(2014),爱思唯尔·Zbl 1278.76006号
[17] 齐恩基维茨,O.C。;Nithiarasu,P。;科迪纳,R。;瓦兹奎兹,M。;Ortiz,P.,《基于特征的分裂程序:流体问题的高效准确算法》,《国际数值杂志》。液体方法,31,1,359-392(1999)·Zbl 0985.76069号
[18] 明镜,南卡罗来纳州。;Huynh,H.T。;DeBonis,J.R.,应用于通量重建和间断Galerkin方法的过度积分去混叠(2015)
[19] 卡拉马诺斯,G.S。;Karniadakis,G.E.,用于大规模模拟的光谱消失粘度方法,J.Compute。物理。,163, 1, 22-50 (2000) ·Zbl 0984.76036号
[20] Manzanero,J。;费雷尔,E。;鲁比奥,G。;Valero,E.,《非连续Galerkin方法的Smagorinsky谱消失粘性湍流模型设计》,计算。流体,200,第104440条pp.(2020)·Zbl 1519.76095号
[21] Rivière,B.,解椭圆和抛物方程的间断Galerkin方法(2008),工业和应用数学学会·Zbl 1153.65112号
[22] Mengaldo,G。;莫西·D·。;特纳,M。;莫拉,R.C。;贾西姆,A。;泰勒,M。;佩罗,J。;Sherwin,S.J.,通过光谱/马力单元方法对高性能公路车进行行业相关隐式大涡模拟,SIAM Rev.,64,4723-755(2021)·Zbl 07421042号
[23] Sinhababu,A。;Ayyalasomayajula,S.,《四阶Runge-Kutta方法的改进处理方案:公式、精度和效率分析》,《国际数值杂志》。液体方法,1-31(2020年7月)
[24] Manzanero,J。;鲁比奥,G。;费雷尔,E。;瓦莱罗,E。;Kopriva,D.A.,《对流方程的混叠驱动不稳定性及其在Gauss-Lobatto间断Galerkin方法中的应用》,科学杂志。计算。,75, 3, 1262-1281 (2018) ·Zbl 1422.65263号
[25] 柯比,R.M。;Karniadakis,G.E.,《非均匀网格上的去混叠:算法和应用》,J.Compute。物理。,191, 1, 249-264 (2003) ·Zbl 1161.76534号
[26] Gassner,G.J。;Beck,A.D.,关于欠分辨率湍流模拟的高阶离散精度,Theor。计算。流体动力学。,27, 3-4, 221-237 (2012)
[27] Mengaldo,G。;De Grazia,D。;莫西·D·。;文森特,P。;Sherwin,S.,规则和不规则网格上高阶谱元方法的Deliasing技术,J.Compute。物理。,299, 56-81 (2015) ·Zbl 1352.65396号
[28] Kopriva,D.A.,节点不连续伽辽金谱元方法的过积分方法的稳定性,科学杂志。计算。,76, 1, 426-442 (2017) ·Zbl 1404.65174号
[29] 温特斯,A.R。;莫拉,R.C。;Mengaldo,G。;Gassner,G.J。;Walch,S。;佩罗,J。;Sherwin,S.J.,《用于欠分辨率湍流计算的多项式去偏和分裂形式间断Galerkin格式的比较研究》,J.Compute。物理。,372, 1-21 (2018) ·Zbl 1415.76461号
[30] 齐恩基维茨,O.C。;摩根,K。;赛,B.V.K.S。;科迪纳,R。;Vasquez,M.,可压缩和不可压缩流动部分II的通用算法。显式测试,国际J数字。液体方法,20,8-9,887-913(1995)·Zbl 0837.76044号
[31] Pasquetti,R.,曲线三角形谱元的一些等参映射的比较,J.Compute。物理。,316, 573-577 (2016) ·Zbl 1349.65654号
[32] Mengaldo,G。;De Grazia,D。;莫西·D·。;文森特,体育。;Sherwin,S.J.,规则和不规则网格上高阶谱元方法的去偏技术,J.Comput。物理。,299, 56-81 (2015) ·Zbl 1352.65396号
[33] Di Ilio,G。;Chiappini,D。;乌贝蒂尼,S。;贝拉,G。;Succi,S.,低雷诺数下NACA 0012翼型周围的流体流动,混合格子Boltzmann方法,计算。流体,166,200-208(2018)·Zbl 1390.76708号
[34] 刘,Y。;李凯。;张杰。;Wang,H。;刘,L.,非定常扰动下翼型静态失速和动态失速的数值分岔分析,Commun。非线性科学。数字。同时。,17, 8, 3427-3434 (2012)
[35] Kurtulus,D.F.,《关于NACA 0012翼型周围在稳定外部条件下(操作员姓名{Re}=1000\)流动的非定常行为》,国际航空杂志。,7, 3, 301-326 (2015)
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。