NS方程激波计算的摄动有限差分方法

摄动有限差分(PFD)方法从一阶迎风差分格式出发,将差分系数展开为网格步长的幂级数,通过提高修正微分方程的逼近精度来获得更高精度的差分格式。由于格式基于一阶迎风格式,因此具有迎风效应、网格节点少等特点。本文首先通过对Burgers方程的摄动差分格式的推导,将摄动有限差分格式引入时间相关法的计算,并构造了守恒形式的摄动有限差分格式,然后推广到一维Navier-Stokes方程组的计算。数值比较研究表明:本文构造的NS方程摄动有限差分格式具有比一阶迎风较高的精度和分辨率,而且保持了一阶迎风格式的无振荡性质。     

高精度有限差分格式的色散优化及耗散控制

本文综述了我们在高精度有限差分格式的色散优化和耗散控制方面的研究进展。首先,我们提出了半离散有限差分格式色散和耗散相互独立的充分条件,实现了差分格式色散和耗散特性的独立调节。在此基础上,提出了色散最小、耗散可控的高精度差分格式,称为MDCD格式。MDCD格式已经得到了广泛应用,取得了很好的计算效果,但其主要缺点是耗散的调节依赖于经验。为了解决这一问题,我们进一步提出耗散的自适应调节方法。具有自适应耗散特性的高精度有限差分格式的基本特征是,差分格式的耗散能够随解的局部尺度自适应调节。为了构造这类格式,我们提出了一种新型的尺度识别器,它能够以等效无量纲波数的形式来定量衡量数值解的局部长度尺度。在此基础上,设计差分格式耗散参数与尺度识别器得到的等效无量纲波数之间的关系,从而构造了一类色散最小、耗散自适应的差分格式,称为MDAD格式。为了计算含有间断的问题,同时保持在光滑区的良好耗散特性,我们利用尺度识别器对一种经典的激波探测器进行改进,提出了一种新的激波探测器,并将自适应耗散格式与对应的WENO格式相混合,得到自适应耗散混合格式。近似色散关系显示该混合格式兼具高分辨率和鲁棒性。多个含间断流场的标准算例测试结果显示,自适应耗散混合格式具有良好的分辨率和激波捕捉能力。     

非结构网格上新型的NND有限元格式

张涵信发展的ＮＮＤ差分格式是由中心差分格式,二阶迎风格式和一阶迎风格式混合组成的杂交型格式。众所周知,和中心差分格式相对应的是Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元格式。通过对中心型有限元格式加修正项的方法本文成功地构造出二阶迎风型有限元格式和一阶迎风型有限元格式。     

高精度差分格式及多尺度流场特性的数值模拟

简要介绍了作者近年发展的高精度差分格式,给出了两类格式精度的分析方法,分析了粘性面差分逼近所引入的耗散量低亏效应。文中按群速度将格式分为快型,慢型和混合型三类。对每类格式分析了高频波的传播特性。     

绕10°、20°锥柱体跨音速流动的混合有限差分计算

对于10°、20°锥柱体,用跨肯速小扰动位势流的混合有限差分格式,用跨音速完全位势流的旋转差分格式与简易差分格式,做了数值计算。完全位势方程旋转差分格式与简易差分格式得到的数值结果是一致的,但前者的计算马赫数范围为宽。20°锥柱体完全位势方程的数值结果与实验结果,基本一致,只在顶部与肩部有些差异。小扰动位势方程的数值计算对于10°锥桂体是适用的,对于20°锥柱体足不适用的。     

乘方和 QUICK 格式在非对称扩压器内流动计算的比较

采用Ｓｐｅｚｉａｌｅ的非线性ｋ－ε模型计算了非对称扩压器内的流动,着重用数值方法考察了两种典型的对流差分格式（乘方格式和ＱＵＩＣＫ格式）对模型预测性能的影响,得出两种紊流模型对对流差分格式并不敏感的结论。     

强迫耗散非线性发展方程与完全平方守恒格式

从描述大气和海洋运动的强迫耗散非线性发展方程出发，对强迫耗散非线性大气和海洋方程组显式差分格式的计算稳定性进行了分析，构造了一类强迫耗散非线性发展方程的显式准安全平方守恒差分格式。理论分析和数值试验证明，这类显式准完全平方守恒差分格式是计算稳定的，值得推广应用。     

气动计算中一个简单有效的差分格式

本文采用算子附加修正方法,提出了一个气动计算中简单而有效的差分格式。此差分格式的特点是保持原显式格式的精度,计算过程有显式格式的简单,又有隐式格式的特点,即对于任意步长此格式都是稳定的。本文利用此格式求解了N-S方程,给出了二维激波与边界层干扰的分离流计算结果,并与MacCormack的隐式格式进行了比较。计算结果表明,本文提出的格式与MacCormack隐式格式相比,大大简化了计算过程,节省了计算机时。     

无波动,无自由参数的耗散差分格式（NND）在喷流计算中的应用

本文用文献[1]建立的无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式),对无粘喷流流动进行了数值模拟,并就一典型的自由射流流动,与国外高精度、高分辨率的PLM差分格式(Piecewise-Linear Method)的计算结果和实验结果作了比较,得到了很一致的结果,且所用的计算时间少于PLM格式。     

关于NND格式的两点注记

对差分格式在激波上计算准确性的标准提出了新的看法,并证明ＮＮＤ格式完全符合这个标准。     

基于5阶精度格式WCNS-E-5的p-multigrid方法研究

p-multigrid方法的基本思想是:在保证收敛结果为高阶精度的同时,利用低阶精度格式耗散大的特点,来改善高精度有限差分格式在迭代计算时收敛速度慢的弱点.本文基于5阶精度WCNS-E-5差分格式,引入1阶精度迎风格式和3阶精度加权格式,构造了p-multigrid方法,在迭代过程中采用了V循环、W循环、S循环、PreV和FMG循环等不同方式来应用这三种格式,并通过典型算例考察了这些循环方式对收敛速度的影响,初步数值试验表明,采用恰当的循环方式,本文所设计的p-multigrid方法能够加快收敛速度,并保证了最终收敛结果与5阶精度WCNS-E-5差分格式的一致性.     

一种混合型四阶格式、基于特征的边界条件及其应用

本文描述并应用差分格式的构造原则,采用了时空转换的格式构造方法构造了一个四阶精度的差分格式,文中还进一步提出将四阶格式和二阶ＮＮＤ格式混合的方法,即在光滑区格式保持四阶精度、在激波附近降为二阶ＮＮＤ格式,来增强格式捕捉激波的能力。同时,本文基于特征传播的思想,建立了一种开边界的数值计算方法,并采用将边界条件嵌入控制方程的方法以及新的简化形式的边界处理方法,完整给出了无粘、粘性物面和开边界的的边界计     

用于气动声学计算的非均匀网格紧致差分格式

为克服传统紧致差分格式在数值求解非均匀网格问题时产生的寄生波,构造了一种新的高精度紧致差分格式.通过泰勒展开分析方法,详细给出了格式系数的通用形式;利用傅里叶分析方法,分析了数值耗散、色散误差.以3对角6阶精度紧致差分格式求解均匀扰动网格问题为例,计算表明:色散值和耗散值随扰动因子的增加而更加趋近于精确值;当扰动因子大于0.213时,格式不稳定,当扰动因子小于等于0.213时,格式渐近稳定;对一维对流波和二维波传播的模拟计算所得数值解与精确解吻合,体现了该格式在求解非均匀网格问题时的优越性.      

气动声学直接数值模拟的空间差分格式分析

流场内声波的直接数值模拟对数值格式的耗散、色散特性提出了严格要求,首先介绍了两种适于声学模拟空间差分格式——紧致差分格式与色散关系保持(DRP)格式的基本思想,然后分析了格式的色散及其与四阶龙格-库塔法结合时的耗散特性。根据Fourier误差分析和数值模拟发现:无论从格式可有效求解的波数范围还是从与龙格-库塔时间推进结合后的耗散特性来看六阶紧致格式的可有效求解范围要大于DRP格式;不过,数值计算表明紧致格式的计算量远远超过DRP格式,对计算机资源提出了较高的要求。      

三维层流分离流动Navier-Stokes方程的数值解法

本文研究了配平翼和直角板的三维层流分离流动。利用反扩散的显隐式差分格式和显式混合差分格式对N-S方程和简化N-S方程作了计算,求得了流场的物理量分布。与已有数值结果比较,本文的结果是满意的。     

槽道流动中湍斑的数值模拟

采用Navier-Stokes方程直接数值模拟槽道流动中湍斑的形成和发展.建立高精度、高分辨率的三维耦合中心差分格式,并和时间分裂法、高阶迎风差分格式一起组成高效的高阶紧致差分方法;克服一般高阶中心差分格式不适用于边界邻域的困难,可用于包括边界邻域在内的整个计算区域;在边界上满足Navier-Stokes方程的无反射和压力条件,保证了格式的精度和一致性.通过模拟槽道流动中从壁面脉冲到湍斑的演化过程,显示出湍斑内雷诺应力和速度、压力脉动等湍流的基本特征,表明了湍斑的生成与壁面脉冲的强度和Re数大小直接相关.     

介绍一种适合于计算跨音速流动的混合差分格式

本文介绍MacCormack格式和迎风格式的一种混合差分格式。它适用于跨音速流计算。本文用它计算了绕圆弧翼型的跨音速流场,并详述了处理方法和结果。     

跳点有限体积法及其在跨音速流场计算中的应用

[1]和[2]曾用几种差分格式求解一维N-S方程和欧拉方程,计算表明,Hopscotch格式(跳点格式)计算速度最快。为探讨这种格式在多维流场特别是跨音速流场计算中应用的效果,本文将此差分格式应用于有限体上,成为跳点有限体法,并用该方法求解二维欧拉方程组。对若干个喷管和叶栅所做的计算得到了满意的结果,计算时间较目前常用的差分格式少得多。     

利用紧致格式捕捉间断的数值方法研究

将通量限制或加权的思想引入到紧致格式中,构造了两类传统方法与紧致格式混合组成的差分格式:通量限制与加权型差分格式。通过方波、组合波、定常激波、非定常Sod问题、Shu问题和Lax问题上的计算,以及与精确解的比较,结果表明这两种方法在间断的捕捉上具有高精度、高分辨率,而在计算方波、组合波或Shu问题和Lax问题上,加权格式具有更大的优势。     

二维热传导方程第一边值问题的一种差分格式

构造了二维热传导方程第一边值问题的一种隐式差分格式 ,并证明了该格式的精度和可行性。该格式与常用的古典格式相比有较高的精度 ,同时也具有可操作性 ,便于计算。