题名 基于离散等价方程的滑移壁面边界约束算法
1
作者
魏雁昕 刘君
机构
大连理工大学航空航天学院
出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2023年第12期1-15,共15页
基金
国家自然科学基金(11872144)。
文摘
针对有限差分法的弯曲滑移壁面边界求解,以可以消除坐标变换诱导误差的离散等价方程为基础,提出一种利用虚拟节点赋值的边界约束算法。该方法利用无黏流动中壁面仅存在法向速度且恒等于零的约束条件,建立了法向动量通量为零的约束方程,通过求解约束方程确定虚拟节点的物理量,进而在边界节点实现通量计算。新方法在虚拟节点构造过程中将壁面当作流线处理,考虑了边界切向相邻节点对虚拟节点参数的影响,因此可以更为准确地求解包含曲率的物面边界。该方法在边界处和流场内部节点使用相同离散格式,在边界附近不存在格式相容性问题。相较于传统的使用虚拟节点的弱边界条件,该方法提高了虚拟节点参数的合理性,在时间推进过程中边界节点数值解可以严格满足无穿透条件。通过典型算例测试表明:本文所提方法适用于MUSCL格式和WENO格式,可以有效降低近边界区域的计算误差。
关键词
虚拟节点 滑移壁面 约束方程 有限差分法 离散等价方程
Keywords
ghost point curved slip wall constraint equations finite difference method discrete equivalent equations
分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
题名 复杂外形下网格自动生成及流场计算新框架
2
作者
徐春光 欧阳鑫 陈洁 刘君
机构
中山大学航空航天学院 大连理工大学力学与航空航天学院 宁波大学机械工程与力学学院
出处
《气体物理》
2024年第6期46-61,共16页
基金
广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515010036)。
文摘
针对计算流体力学工程应用中复杂外形下贴体网格难以全自动生成的问题,介绍了一种全新的自动化网格生成及计算新框架。新框架包括网格线允许交错的贴体网格生成、计算模板自由选点的差分计算和差分计算中坐标变换几何诱导误差消除等3个算法模块,实现从物面水密网格导入到流场计算结果输出的全流程自动化处理。网格生成算法从物面点矢量出发,根据给定的贴体网格层高、增长倍率、层数等参数一次性生成贴体网格,删除重叠部分网格,并重构出自由节点有限差分法计算需要的计算模板;自由节点有限差分法利用重构的计算模板,完成流场参数的差分求解;坐标变换几何诱导误差消除算法用于消除差分计算中从物理平面变换到计算平面时引入的几何诱导误差,实现保自由流,提高计算精度。验证结果表明,新框架在复杂外形下能够自动生成网格,显著提高了网格生成效率,同时计算精度与常规方法计算精度相当,具备工程实用价值。
关键词
自动化CFD Descartes网格 自由节点有限差分法 贴体网格 簇状网格 离散等价方程 及其离散 法则
Keywords
automatic CFD Cartesian grid flexible-node finite difference method body-fitted grid strand grid discrete equivalence equation and its discrete rule
分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
题名 结构网格质量和差分格式误差的关系
3
作者
刘君 刘瑜
机构
宁波大学机械与力学学院
出处
《气体物理》
2024年第5期72-78,共7页
基金
宁波市科技创新2025重大项目(2022Z186)。
文摘
网格生成所需人力资源和工作时间在整个流场数值模拟周期中占比较高,是计算流体力学应用软件的瓶颈。大量文献提供了结构网格质量特性对差分格式计算结果有影响的算例,但是很少给出正交性和光滑性影响误差的机理分析。分析了MUSCL和WENO差分格式在非均匀网格上产生的几何诱导误差,发现正交性和误差之间并无直接关联,有影响的几何参数是相邻网格的偏转角。理论推导证明,误差主要源自控制方程和差分格式,提高网格质量特性能够明显减小几何诱导误差,但是不能完全消除。近年来作者致力于改进算法,先后提出离散等价方程及其等价离散准则(discrete equivalence equation and its discrete rule,DEER)和非结构有限差分法。通过对自由流保持和线性流保持等算例的模拟,利用改进的算法在质量较差的网格上也能得到较好的计算结果。
关键词
网格质量 WENO MUSCL 离散等价方程 及其等价 离散 准则自由流保持 线性流保持
Keywords
mesh quality WENO MUSCL DEER free-stream preservation linear-stream preservation
分类号
O355
[理学—流体力学]
V211
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
题名 有限差分法中几何守恒律的机理及算法
被引量：16
4
作者
刘君 韩芳 夏冰
机构
大连理工大学航空航天学院
出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2018年第6期917-926,共10页
基金
国家重点研发计划资助项目(2016YFB0200702)
文摘
采用有限差分法求解复杂外形物体绕流场时经常进行坐标变换,由此会引入坐标变换系数等几何参数,采用不同的差分格式离散坐标变换系数得到的结果不同,导致在计算过程中可能出现均匀流场不能保持均匀的现象,消除这种误差需要研究几何守恒律。本文对坐标变换过程进行理论分析,发现坐标变换过程中采用的数学恒等式在离散条件下不再成立,这是引起物理量不守恒的本质机理,认为增加坐标变换系数恒等式作为源项的方程形式才是曲线贴体坐标系下的离散等价方程,提出只要源项和对流项的离散格式相同就能满足几何守恒律的构造准则。按照上述理论准则建立了基于离散等价方程的几何守恒律算法,通过AUSM、HLLC、Roe、VanLeer四种分裂格式的算例,表明这种新的几何守恒律算法适用于通量差分裂格式(Flux-Difference Splitting,FDS)和矢通量分裂格式(Flux-Vector Splitting,FVS),且均能消除由坐标变换(包括网格运动)引起的误差,保持流场的均匀特性。
关键词
几何守恒律 有限差分法 贴体坐标系 离散 近似方程 离散等价方程 源项耦合算法
Keywords
geometric conservation law finite difference method body fitted coordinates discrete and approximate equations discrete and equivalent equations source coupled algorithm
分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
题名 有限差分法中的贴体坐标变换
被引量：9
5
作者
刘君 韩芳
机构
大连理工大学航空航天学院
出处
《气体物理》
2018年第5期18-29,共12页
基金
国家自然科学基金(11872114)
文摘
分析了有限差分法曲线贴体坐标系下守恒型控制方程的推导过程,认为在离散条件下所采用的数学恒等式不成立,推断目前CFD广泛采用的齐次方程是原始Descartes直角坐标系下方程的近似,提出增加源项的非齐次方程作为离散等价方程.采用数值实验研究了源项,结论是大部分情况下源项不等于0,且对数值解的影响大于差分格式的截断误差,在分析了引起源项非0的原因和推导过程后,提出源项离散的相容性准则.利用坐标变换系数和守恒型方程对流通量的特性,建立了源项隐式计算的耦合算法,通过数值实验证明耦合算法有效消除了坐标变换引起的误差.
关键词
有限差分法 贴体坐标系 离散 近似方程 离散等价方程 源项耦合算法
Keywords
finite difference method body-fitted coordinates discrete approximation equations discrete equivalence equations source-coupled algorithm
分类号
V211.1
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
