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极端条件下多介质流体力学的ALE-DG方法研究

批准号:
12101063
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
罗冬密
学科分类:
微分方程数值解的基础理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗冬密

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多介质流体力学问题的数值模拟一直是计算流体力学中的热门研究领域,开展相关数值模拟方法研究具有重要的理论意义和实际应用价值。高温、高压、高密度比等极端条件下多介质流问题数值模拟的主要难点是:(1)如何精确地追踪物质界面处的流动。(2)高精度数值方法通常难以保物理性质(如保界、保正、无振荡等)。(3)求解单介质问题中获得巨大成功的高精度方法如WENO、DG等,直接应用于求解多介质流问题时存在物质界面分辨率不高的现象。针对这些难点,本项目将结合移动网格方法发展高分辨率ALE-DG方法,通过在物质界面附近加密网格以提高分辨率;设计和发展适用于多介质流问题的高精度、保物理性质限制器,最终获得极端条件下多介质流问题的高精度、高分辨率ALE-DG方法。
英文摘要
Numerical simulations of multi-component flows have been an active research topic in the computational fluid dynamics. It has great theoretical significance and practical application value in development of the related numerical simulation research. There exist three main difficulties in the computation of the multi-component flows under extreme conditions such as high temperature, high pressure, high density ratio and so on. The first one is how to track the material interface exactly. Secondly, it is a challenge to keep the physical properties (such as bound-preserving, positivity-preserving, non-oscillation) for the numerical results of high order methods. Thirdly, the high-order methods such as WENO and DG that have achieved great success in solving single-medium problems have low resolution on the material interface when directly used to solve multi-component flows. Therefore, a high resolution ALE-DG method will be developed in order to improve the resolution of the interface by clustering the mesh at interface in the project. At the same time, a high order limiter that can keep the physical properties will be proposed. Finally, a high order and high resolution ALE-DG method for multi-component flows under the extreme conditions will be developed.
多介质流问题广泛存在于武器物理、激光聚变等工程领域,这类问题通常处于高温、高压、高密度比等极端条件下,对计算方法提出了巨大挑战。近些年,极端条件下的多介质流问题的数值模拟是计算流体力学领域的前沿研究热点,其中物质界面的准确追踪、保物理性质等这些科学问题都是需要解决的紧迫难点问题。目前已有的保正保界限制器很大部分只适用于刚性气体状态方程和两种物质,为此本项目在保物理性质方面,我们将单介质的保界限制器推广到了多介质流问题,同时发展了适用于多种物质的保界限制器,从数值方法可以看到保界限制器的有限性和适用于多种物质;另外,针对已有的重分方法大部分只考虑了几何品质,导致拉氏方法的网格聚集效果下降,分辨率降低的问题,本项目结合移动网格方法发展了移动网格ALE-DG方法,该方法在重分的时候不仅考虑网格几何品质,而且在一定程度上保持拉氏网格的聚集效果,从数值结果可以看到移动网格ALE-DG方法能在光滑区域达到高阶精度,对于间断问题能自动追踪流场提高间断处的分辨率,与拉氏方法相比还能保持网格几何品质。
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