改进型加权本质无振荡格式及其对典型激波问题的高精度数值模拟

1

作者 柴得林 孙中国 +1 位作者 黄柱 席光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期136-142,共7页

为了提高加权本质无振荡(WENO)格式对流场结构的分辨率,提出了性能更优的WENOEX格式。在经典WENO格式的基础上,考虑各子模板光滑因子和整体模板光滑性之间的相互影响,引入表征整体模板光滑度的相关项,构造了新的光滑因子,优化了权分配... 为了提高加权本质无振荡(WENO)格式对流场结构的分辨率,提出了性能更优的WENOEX格式。在经典WENO格式的基础上,考虑各子模板光滑因子和整体模板光滑性之间的相互影响,引入表征整体模板光滑度的相关项,构造了新的光滑因子,优化了权分配。理论分析表明,WENO-EX格式保持了原有的设计精度,对间断模板的非线性权配置更大,具有更低的耗散,更高的分辨率。为验证改进格式的计算性能,采用不同的WENO格式来求解线性迁移方程控制的光滑和间断问题,并且求解了欧拉方程控制的双马赫反射和激波旋涡相互作用等几种典型激波问题。计算结果表明:WENO-EX格式在计算光滑问题时,在相同网格下可以取得更小的计算误差;在计算间断问题时,对流场结构有更高的分辨率。 展开更多

关键词 加权本质无振荡格式 光滑因子 高精度 高分辨率

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一个基于非均匀网格上的二阶基本无振荡差分格式　 被引量：1

2

作者 申义庆 高智 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期224-229,共6页

在基本无振荡格式的构造中,将通常的对流通量f的逼近方式推广到对通量导数的逼近,这一构造方法可以有效地应用到非均匀或非结构网格.直接基于非均匀网格上,构造了一个二阶的基本无振荡(ENO)差分格式.该格式具有形式简单,对网格的划分灵... 在基本无振荡格式的构造中,将通常的对流通量f的逼近方式推广到对通量导数的逼近,这一构造方法可以有效地应用到非均匀或非结构网格.直接基于非均匀网格上,构造了一个二阶的基本无振荡(ENO)差分格式.该格式具有形式简单,对网格的划分灵活,与传统格式相比不增加计算量等优点.几个数值算例证明了格式的有效性. 展开更多

关键词 TVD格式 ENO格式 非均匀网格 二阶基本无振荡差分格式 一维激波管

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双曲守恒型方程的二阶摄动有限差分格式 被引量：6

3

作者 申义庆 高智 杨顶辉 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期342-350,共9页

对双曲守恒型方程,将其一阶迎风格式空间差商的常系数摄动展开为时间步长和空间步长的幂级数,通过确定幂级数系数而获得二阶精度的摄动有限差分(PFD)格式。进而从双曲守恒型方程的通量分裂型一阶迎风格式出发,通过类似的摄动展开方法,... 对双曲守恒型方程,将其一阶迎风格式空间差商的常系数摄动展开为时间步长和空间步长的幂级数,通过确定幂级数系数而获得二阶精度的摄动有限差分(PFD)格式。进而从双曲守恒型方程的通量分裂型一阶迎风格式出发,通过类似的摄动展开方法,获得空间精度为二阶的通量分裂形式的摄动有限差分(FPFD)格式。这两类格式保留了一阶守恒迎风格式的简洁结构形式,使用三节点即可达到二阶精度,又避免了三点二阶格式的非物理数值振荡。并将这两类格式推广应用到双曲守恒型方程组,最后通过模型方程和一维激波管流动的数值算例验证了格式的高精度、高分辨率性质。 展开更多

关键词 双曲守恒型方程 计算液体力学 无振荡格式 摄动有限差分格式 二阶精度

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基于WENO格式的一维溃坝波的数值计算 被引量：3

4

作者 杨国丽 魏文礼 郭永涛 《西安理工大学学报》 CAS 2006年第4期435-437,共3页

应用高精度加权本质无振荡(WENO)格式构造了溃坝水流计算的数学模型,模拟了坝体瞬间全溃时洪水波的运动过程,并将计算值与理论解进行了比较。结果表明,WENO格式精度高,稳定性能好,能够很好地模拟溃坝波的演进过程。

关键词 加权本质无振荡格式 渍坝 数值模拟

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两类激波捕捉格式的性能分析 被引量：3

5

作者 于剑 阎超 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期10-13,共4页

考虑了两类典型的激波捕捉格式:特征形式的MUSCL(Monotone Upstream-centred Schemes for Conservation Laws)格式和WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式.MUSCL格式在作特征变换时使用了局部线性化的思想,并且针对波系的性... 考虑了两类典型的激波捕捉格式:特征形式的MUSCL(Monotone Upstream-centred Schemes for Conservation Laws)格式和WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式.MUSCL格式在作特征变换时使用了局部线性化的思想,并且针对波系的性质施加相应的限制器;通过逐维重构实现有限体积法的WENO格式.针对一维、二维和三维Euler系统进行数值实验.在一维和二维的情况下,特征形式的MUSCL格式在接触间断的捕捉上具有较明显的优势,而对于激波的捕捉则差别不大.对于三维问题则是WENO格式对流场的分辨更精细.最后对上述结果给出解释,并且提出了可能的改进方法. 展开更多

关键词 计算流体力学 有限体积法 特征变量 加权本质无振荡格式

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基于WENO格式的爆震波传播过程一维数值模拟 被引量：1

6

作者 陈灯 何立明 +1 位作者 闫莉 罗俊 《空军工程大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2008年第2期18-21,共4页

用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用有限体积加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法EF4,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题和间断问题。通过对带有详细化学反应的... 用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用有限体积加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法EF4,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题和间断问题。通过对带有详细化学反应的爆震波传播过程进行了一维数值模拟,获得的爆震波稳定压力以及爆震波传播速度都和理论结果一致,结果表明,WENO有限体积格式可以很好地模拟爆震波传播过程。 展开更多

关键词 时间算子分裂法 加权基本无振荡格式 有限体积 爆震波 激波

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一维溃坝波的数值模拟——基于WENO重构的解耦格式 被引量：1

7

作者 张文忠 陈景秋 +1 位作者 张永祥 缪吉沦 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期122-125,共4页

采用五阶精度的WENO格式对界面变量进行数值重构,形成高精度的数值离散格式,对其捕捉溃坝波的能力进行分析。用roe平均对一维浅水方程组进行局部线性化,通过直接和解耦2种格式进行求解,数值模拟溃坝洪水的推进过程,得到沿程的水位和流... 采用五阶精度的WENO格式对界面变量进行数值重构,形成高精度的数值离散格式,对其捕捉溃坝波的能力进行分析。用roe平均对一维浅水方程组进行局部线性化,通过直接和解耦2种格式进行求解,数值模拟溃坝洪水的推进过程,得到沿程的水位和流速分布。与理论解的比较表明基于WENO5重构的解耦格式,具有很高的分辨率,展现了溃坝涌波的运动特性。 展开更多

关键词 溃坝 加权本质无振荡格式 数值模拟 守恒

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高阶多维半离散中心迎风格式及其应用

8

作者 蔡力 封建湖 +1 位作者 谢文贤 周军 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期90-95,共6页

提出了求解多维对流-扩散方程的四阶半离散中心迎风格式。该格式以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在Riemann扇内波传播的局部速度,从而更加准确地估计出了局部Riemann扇的宽度,最终既回避了网格的交错,又降低了格式的... 提出了求解多维对流-扩散方程的四阶半离散中心迎风格式。该格式以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在Riemann扇内波传播的局部速度,从而更加准确地估计出了局部Riemann扇的宽度,最终既回避了网格的交错,又降低了格式的数值粘性,建立了介于迎风格式和中心格式之间的半离散中心迎风格式。本文还将该四阶半离散中心迎风格式与涡度-流函数方法相结合,有效地求解了二维不可压Euler方程组和Navier-Stokes方程组。 展开更多

关键词 中心加权基本无振荡格式 半离散中心迎风格式 对流-扩散方程 不可压Euler方程组 不可压Navier-Stokes方程组

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基于保色散关系的迎风WENO格式的研究

9

作者 李文成 封建湖 邓子辰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期165-169,共5页

W ENO(W eighted E ssentially N on-O scillatory)格式能够高分辨率地捕捉诸如激波等间断,而保色散关系(D issipation-R elation-P reserv ing,DRP)格式适宜于处理高频波传播问题。计算气动声学(Com putational-A eroacoustics,CAA)领... W ENO(W eighted E ssentially N on-O scillatory)格式能够高分辨率地捕捉诸如激波等间断,而保色散关系(D issipation-R elation-P reserv ing,DRP)格式适宜于处理高频波传播问题。计算气动声学(Com putational-A eroacoustics,CAA)领域有大量的既有高频波传播又带有激波的问题,结合W ENO格式和DRP格式的优点基于保色散关系构造出优化的迎风W ENO格式。数值实验中比较该格式捕捉波数的能力和精度,显示处理CAA基本问题具有高精度、高分辨率的特点。 展开更多

关键词 加权本质无振荡格式(WENO) 高分辨率 保色散关系 计算气动声学

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求解多维双曲守恒律方程组的四阶半离散格式

10

作者 蔡力 封建湖 谢文贤 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期479-483,共5页

提出了求解多维双曲守恒律方程组的四阶半离散格式。该方法以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在R iemann扇内波传播的局部速度,从而回避了计算过程中的网格交错,建立了数值耗散较小的介于迎风格式和中心格式之间的半离... 提出了求解多维双曲守恒律方程组的四阶半离散格式。该方法以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在R iemann扇内波传播的局部速度,从而回避了计算过程中的网格交错,建立了数值耗散较小的介于迎风格式和中心格式之间的半离散格式。本文的四阶半离散格式是Kurganov等人的三阶半离散格式的高阶推广。大量的数值算例充分说明了本文方法的高分辨率和稳定性。 展开更多

关键词 中心加权基本无振荡格式 半离散格式 双曲守恒律

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求解欧拉方程的嵌入WENO格式 被引量：4

11

作者 白晓雅 郑秋亚 梁益华 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2020年第3期98-103,共6页

为了优化欧拉方程数值计算,提出了五阶嵌入式加权本质无振荡(Embedded-WENO)格式耦合低耗散总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式后所得的新格式E-CUSP-Embedded-WENO5。新格式在空间方向上对E-CUSP所得的通量采用Embedded-WENO格式重构,在... 为了优化欧拉方程数值计算,提出了五阶嵌入式加权本质无振荡(Embedded-WENO)格式耦合低耗散总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式后所得的新格式E-CUSP-Embedded-WENO5。新格式在空间方向上对E-CUSP所得的通量采用Embedded-WENO格式重构,在时间方向上采用四阶保持强稳定龙格-库塔方法。使用新格式对欧拉方程进行数值模拟,结果表明,新格式在激波附近更接近理论解,稳定性更好且分辨率更高,对激波和接触间断的捕捉能力更强,尤其是对激波的捕捉仅需要两到三个单元。 展开更多

关键词 嵌入式加权本质无振荡格式 高分辨率 欧拉方程 龙格-库塔方法

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一种求解Euler方程的高阶格式

12

作者 任琴琴 郑秋亚 梁益华 《吉林大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2020年第6期1371-1377,共7页

将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与WENO-η-格式耦合给出一种新格式(记为E-CUSP-WENO-η),解决了一维激波管问题.数值模拟结果表明:新格式对接触间断和激波的捕捉更精确,其中带有高阶最优全局光滑因子的新格式(E-CUSP-WENO-η(τ7^(op... 将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与WENO-η-格式耦合给出一种新格式(记为E-CUSP-WENO-η),解决了一维激波管问题.数值模拟结果表明:新格式对接触间断和激波的捕捉更精确,其中带有高阶最优全局光滑因子的新格式(E-CUSP-WENO-η(τ7^(opt)))数值耗散最小;耦合的新格式可以更陡峭地捕捉到激波,且计算结果精度高,稳定性好. 展开更多

关键词 EULER方程 计算流体力学 总能对流迎风和分压格式 加权本质无振荡格式 光滑因子

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基于WENO-分段线性格式的旋翼流场数值模拟

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作者 张居晖 陈仁良 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期294-303,共10页

为了降低二阶JST(Jameson-schmidt-turkel)格式导致的数值耗散,发展了一套适合于格心格式的基于加权本质无振荡(Weighted essentially non-oscillatory,WENO)-分段线性格式的旋翼流场数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法生成围绕旋翼的... 为了降低二阶JST(Jameson-schmidt-turkel)格式导致的数值耗散,发展了一套适合于格心格式的基于加权本质无振荡(Weighted essentially non-oscillatory,WENO)-分段线性格式的旋翼流场数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法生成围绕旋翼的网格系统,主控方程选择Navier-Stokes(N-S)方程。为了更加有效地对桨尖涡等流动细节进行捕捉,在笛卡尔背景网格上采用七阶Roe-WENO格式计算对流通量;在桨叶贴体非结构网格上采用二阶精度的Roe-分段线性格式计算对流通量。时间离散采用了高效的双时间隐式LU-SGS(Lower upper symmetric Gauss-Seidel)方法进行时间推进。最后,应用上述方法对悬停状态的C-T(Caradonna-tung)旋翼和Helishape 7A旋翼进行了数值模拟,将数值计算结果与实验数据进行了对比,计算值与实验值吻合较好;并将桨尖涡模拟效果与二阶JST格式的模拟效果进行了对比。对比结果表明:本文方法能有效对旋翼流场进行计算,且在相同计算条件下,WENO-分段线性格式能够更有效地捕捉旋翼涡流场的流动特性,表明在计算旋翼涡流场时WENO-分段线性格式相比传统二阶JST格式具有更低的数值耗散。 展开更多

关键词 旋翼 加权本质无振荡格式 分段线性格式 桨尖涡 非结构网格

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适于可压缩多尺度流动的紧致型激波捕捉格式 被引量：2

14

作者 李彦苏 阎超 于剑 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1602-1609,共8页

针对可压缩多尺度流动数值模拟特点,研究一种五阶高分辨率紧致型激波捕捉格式——紧致重构加权基本无振荡(CRWENO)格式。该格式利用非线性权系数将低阶紧致格式加权组合以达到高阶精度。在光滑区域蜕化成具有高分辨率的五阶线性紧致格式... 针对可压缩多尺度流动数值模拟特点,研究一种五阶高分辨率紧致型激波捕捉格式——紧致重构加权基本无振荡(CRWENO)格式。该格式利用非线性权系数将低阶紧致格式加权组合以达到高阶精度。在光滑区域蜕化成具有高分辨率的五阶线性紧致格式,在间断附近则能保持计算稳定无振荡。对CRWENO格式、目前广泛使用的加权基本无振荡(WENO)格式及两格式对应的线性格式(即五阶线性迎风格式和五阶紧致格式)进行数值性能研究,评估非线性权系数对格式耗散及频谱特性的影响。使用一维、二维、三维典型算例进行数值试验,探讨线性/非线性、紧致/非紧致格式在可压缩多尺度流动模拟中的优势和不足。结果表明,CRWENO格式在强压缩性流场模拟中能够稳定地捕捉激波,其紧致特性则改善了非线性格式普遍存在的耗散过大、分辨率较差的问题,使其能够清晰捕捉多尺度流动结构。因此,该格式在可压缩多尺度流动模拟中具有较大优势。 展开更多

关键词 紧致格式 加权基本无振荡(WENO)格式 激波捕捉 数值耗散 频谱特性 可压缩多尺度流动

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高效率的特征型紧致WENO混合格式

15

作者 骆信 吴颂平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1379-1386,共8页

特征型紧致加权基本无振荡(WENO)混合格式HCW-R结合了迎风紧致格式CS5-P和WENO格式,具有十分优异的分辨率特性。但在求解多维方程组时,HCW-R格式需要求解块状三对角方程组,因而计算代价十分高昂。采用迎风紧致格式CS5-F代替CS5-P,构造... 特征型紧致加权基本无振荡(WENO)混合格式HCW-R结合了迎风紧致格式CS5-P和WENO格式,具有十分优异的分辨率特性。但在求解多维方程组时,HCW-R格式需要求解块状三对角方程组,因而计算代价十分高昂。采用迎风紧致格式CS5-F代替CS5-P,构造了一个新的特征型紧致WENO混合格式HCW-E。由于HCW-E的特殊形式,其可沿迎风方向、由边界处向内推进求解,避免了处理三对角或块状三对角方程组,从而其计算代价与显式格式无异。虽然就分辨率而言,HCW-E稍逊于HCW-R,但前者的计算效率要显著高于后者。因此,当花费相同的计算代价,HCW-E格式可以获得更好的数值结果。一系列求解Euler方程组的数值试验验证了HCW-E的高分辨率特性和相比HCW-R更高的计算效率。HCW-E格式的效率优势在求解高维问题时更为明显。 展开更多

关键词 紧致格式 加权基本无振荡(WENO)格式 混合格式 高分辨率 激波捕捉

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欧拉方程数值求解的高精度通量分裂方法 被引量：1

16

作者 郑秋亚 苏宁亚 梁益华 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2545-2550,共6页

针对欧拉方程,提出一种将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与加权本质无振荡(WENO)格式相耦合的新格式。在空间方向上,通过对低耗散E-CUSP格式的通量,采用高精度WENO格式进行重构;在时间方向上,使用4阶总变差递减(TVD)的Runge-Kutta方法... 针对欧拉方程,提出一种将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与加权本质无振荡(WENO)格式相耦合的新格式。在空间方向上,通过对低耗散E-CUSP格式的通量,采用高精度WENO格式进行重构;在时间方向上,使用4阶总变差递减(TVD)的Runge-Kutta方法进行推进,由此得到求解欧拉方程的高精度通量分裂方法。考虑E-CUSP格式与WENO重构进行耦合得到新格式,使其空间精度进一步提高。通过对激波管问题进行数值模拟发现,新的格式相对于E-CUSP格式对激波和接触间断捕捉的效果更加精准。数值结果表明:耦合得到的新格式具有更高的准确性和稳健性。 展开更多

关键词 欧拉方程 通量分裂方法 计算流体力学 总能对流迎风和分压格式 加权本质无振荡格式

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应用等位函数法模拟溃坝流动 被引量：2

17

作者 彭荣强 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2008年第2期11-12,50,共3页

采用等位函数法配合三维不可压缩纳维叶-斯托克斯方程式的计算方法求解溃坝流场。控制方程式采用有限差分法求解,并利用投影法导出压力的波松方程,使得能自动满足连续方程式。此外,利用了WENO法求解等位函数方程的空间离散项。最后以三... 采用等位函数法配合三维不可压缩纳维叶-斯托克斯方程式的计算方法求解溃坝流场。控制方程式采用有限差分法求解,并利用投影法导出压力的波松方程,使得能自动满足连续方程式。此外,利用了WENO法求解等位函数方程的空间离散项。最后以三维溃坝问题做计算,发现数值计算结果与试验数据相当吻合,显示出数值模式的成功。 展开更多

关键词 等位函数法 波松方程 投影法 加权本质无振荡格式 溃坝流

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二维爆震波胞格结构的数值模拟

18

作者 陈灯 何立明 +1 位作者 罗俊 郭向阳 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第4期512-514,519,共4页

用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题。通过对带有详细化学反应的爆震波进行数值模拟,获... 用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题。通过对带有详细化学反应的爆震波进行数值模拟,获得了独特规则的胞格结构,描述了胞格的特点及其形成的原因,胞格的长宽比和以往的实验和计算结果基本一致。研究结果表明新的熵修正方法和加权基本无振荡格式可以很好地进行爆震波结构的模拟。 展开更多

关键词 时间算子分裂法 加权基本无振荡格式 胞格结构 爆震波 胞格

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同向双涡合并过程声波研究 被引量：1

19

作者 张焕好 陈志华 +1 位作者 黄振贵 姜孝海 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期886-890,共5页

为了对常见不稳定流中声波产生过程的基本物理现象进行研究,基于大涡模拟方法与高阶精度加权本质无振荡混合格式,对剪切流中同向双涡合并过程的动力学流场及其声场进行了数值模拟。结果描述了同向旋转双涡合并过程,揭示了双涡合并产生... 为了对常见不稳定流中声波产生过程的基本物理现象进行研究,基于大涡模拟方法与高阶精度加权本质无振荡混合格式,对剪切流中同向双涡合并过程的动力学流场及其声场进行了数值模拟。结果描述了同向旋转双涡合并过程,揭示了双涡合并产生旋转四极子声源的机理,且与相关研究相符。对剪切层的气动声场进行了数值模拟,揭示了剪切层中双涡旋转合并过程,发现涡合并过程产生的声波在整个剪切层声场中占主导作用,且合并在半个周期内完成。 展开更多

关键词 气动声学 涡合并 声波 大涡模拟 加权本质无振荡混合格式

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