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适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究
1
作者
魏杰姝
陈春刚
+4 位作者
张寅钲
唐杰
沈学顺
肖锋
李兴良
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期371-384,共14页
基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼...
基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼求解器对准确模拟非静力大气垂直运动显得十分关键。LLF(Local Lax-Friedrich)、LMARS(Low Mach Approximate Riemann Solver)和HLLC(Harten-Lax-van Leer Contact)为计算流体力学(CFD)中常用的3种近似黎曼求解器,它们的计算代价和复杂程度逐渐增加。一维标准数值试验表明:LLF计算最为经济,但具有较强的耗散;LMARS具有适用于大气流动的假设,对于数值粘性的控制较好且计算量不大;HLLC建立的三波模型可以避免对中间特征场的过度数值耗散。基于LLF近似黎曼求解器计算经济的特点,通过优化LLF近似黎曼求解器各特征波动的粘性系数,能够实现与LMARS、HLLC近似黎曼求解器相同的性能,且计算代价最小。二维非静力数值试验表明,优化的LLF近似黎曼求解器能够规避常规LLF近似黎曼求解器的数值耗散过大问题,正确模拟小尺度非静力垂直运动,达到更复杂的LMARS、HLLC近似黎曼求解器模拟效果且并未增加计算量,这为非静力大气数值模式提供了良好的参考价值。
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关键词
近似黎曼求解器
守恒型有限差分方法
多矩约束有限体积方法
非静力大气模式
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职称材料
基于近似黎曼求解器的三维浅水方程组求解方法
被引量：
2
2
作者
卢新华
《人民长江》
北大核心
2018年第20期74-80,94,共8页
将求解平面二维浅水方程组的Godunov型有限体积法扩展至求解三维浅水方程组,建立具有激波捕捉特性的三维数学模型,将扩大三维浅水方程数学模型的应用范围。模型中湍流封闭采用非线性K-ε模型,水平方向数值通量采用HLLC近似黎曼求解器计...
将求解平面二维浅水方程组的Godunov型有限体积法扩展至求解三维浅水方程组,建立具有激波捕捉特性的三维数学模型,将扩大三维浅水方程数学模型的应用范围。模型中湍流封闭采用非线性K-ε模型,水平方向数值通量采用HLLC近似黎曼求解器计算。为改善数值格式稳定性,垂向扩散项采用隐式离散,且在局部小水深处将三维模型退化为水深平均平面二维模型,所开发的模型在形式上具有时、空二阶精度。随后采用水跃、干河床溃坝洪水演进等算例对模型进行检验,结果表明:该模型具有较好的稳定性,能保证静水平衡,在间断解处能给出高分辨率的数值解,并具有较好的干湿边界模拟能力。
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关键词
三维浅水方程
近似黎曼求解器
静水平衡
高分辨率
σ坐标系
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职称材料
题名
适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究
1
作者
魏杰姝
陈春刚
张寅钲
唐杰
沈学顺
肖锋
李兴良
机构
中国气象科学研究院
中国气象局地球系统数值预报中心
西安交通大学
成都市温江区气象局
东京工业大学机械工程系
出处
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期371-384,共14页
基金
国家自然科学基金项目(42275168、42105002)。
文摘
基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼求解器对准确模拟非静力大气垂直运动显得十分关键。LLF(Local Lax-Friedrich)、LMARS(Low Mach Approximate Riemann Solver)和HLLC(Harten-Lax-van Leer Contact)为计算流体力学(CFD)中常用的3种近似黎曼求解器,它们的计算代价和复杂程度逐渐增加。一维标准数值试验表明:LLF计算最为经济,但具有较强的耗散;LMARS具有适用于大气流动的假设,对于数值粘性的控制较好且计算量不大;HLLC建立的三波模型可以避免对中间特征场的过度数值耗散。基于LLF近似黎曼求解器计算经济的特点,通过优化LLF近似黎曼求解器各特征波动的粘性系数,能够实现与LMARS、HLLC近似黎曼求解器相同的性能,且计算代价最小。二维非静力数值试验表明,优化的LLF近似黎曼求解器能够规避常规LLF近似黎曼求解器的数值耗散过大问题,正确模拟小尺度非静力垂直运动,达到更复杂的LMARS、HLLC近似黎曼求解器模拟效果且并未增加计算量,这为非静力大气数值模式提供了良好的参考价值。
关键词
近似黎曼求解器
守恒型有限差分方法
多矩约束有限体积方法
非静力大气模式
Keywords
Approximate Riemann solver
Conservative finite difference scheme
Multi-moment constrained finite volume method
Nonhydrostatic atmosphere model
分类号
P435 [天文地球—大气科学及气象学]
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职称材料
题名
基于近似黎曼求解器的三维浅水方程组求解方法
被引量：
2
2
作者
卢新华
机构
武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室
出处
《人民长江》
北大核心
2018年第20期74-80,94,共8页
基金
国家自然科学基金项目"基于双层深度平均模型的波浪与浮泥相互作用研究"(51409195)
湖北省自然科学基金项目"色散与非色散波作用下航道回淤数值模拟研究"(2016CFB385)
文摘
将求解平面二维浅水方程组的Godunov型有限体积法扩展至求解三维浅水方程组,建立具有激波捕捉特性的三维数学模型,将扩大三维浅水方程数学模型的应用范围。模型中湍流封闭采用非线性K-ε模型,水平方向数值通量采用HLLC近似黎曼求解器计算。为改善数值格式稳定性,垂向扩散项采用隐式离散,且在局部小水深处将三维模型退化为水深平均平面二维模型,所开发的模型在形式上具有时、空二阶精度。随后采用水跃、干河床溃坝洪水演进等算例对模型进行检验,结果表明:该模型具有较好的稳定性,能保证静水平衡,在间断解处能给出高分辨率的数值解,并具有较好的干湿边界模拟能力。
关键词
三维浅水方程
近似黎曼求解器
静水平衡
高分辨率
σ坐标系
Keywords
3D shallow water equations
approximate Riemann solver
balance in calm water
high-resolution
sigma-coordinates
分类号
TV14 [水利工程—水力学及河流动力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究
魏杰姝
陈春刚
张寅钲
唐杰
沈学顺
肖锋
李兴良
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
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职称材料
2
基于近似黎曼求解器的三维浅水方程组求解方法
卢新华
《人民长江》
北大核心
2018
2
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职称材料
已选择
0
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引证文献
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