基于HLLC近似Riemann求解器的天然河道水流运动模拟 被引量：5

1

作者 孙万光 杨海滔 +2 位作者 杨斌斌 房巍 范宝山 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第2期12-19,共8页

天然河道断面几何形状快速变化条件下的一维复杂水流运动高精度数值模拟仍面临较大困难。基于Godunov格式,提出了基于守恒型圣维南方程的HLLC近似Riemann求解器的通量计算方法,将该求解器由浅水方程拓展至守恒型圣维南方程;提出了针对... 天然河道断面几何形状快速变化条件下的一维复杂水流运动高精度数值模拟仍面临较大困难。基于Godunov格式,提出了基于守恒型圣维南方程的HLLC近似Riemann求解器的通量计算方法,将该求解器由浅水方程拓展至守恒型圣维南方程;提出了针对天然河道复杂断面几何形状下的变量空间重构方法:依据过流断面面积和静力矩等效原则将河道断面概化成矩形,通过线性插值构造单元界面处断面几何形状,根据水位重构结果计算界面两侧过流断面面积和静力矩的重构值,保证计算格式守恒。实例研究表明,天然河道断面几何形状快速变化条件下,该方法的计算结果与实测值吻合良好,同时对于混合水流运动具有较高模拟精度。研究成果为天然河道水动力及环境水力学高精度数值模拟提供了新的方法。 展开更多

关键词 守恒型圣维南方程 Godunov格式 HLLC近似riemann求解器 变量重构 天然河道

在线阅读 下载PDF 职称材料

一类新型自适应反扩散近似Riemann求解器及其应用 被引量：1

2

作者 刘旭亮 范召林 +3 位作者 张树海 李虎 罗勇 孙晓峰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期52-63,I0001,共13页

对于包含激波、剪切层等复杂结构的流动问题,为了精确模拟剪切层等精细结构,且保证激波计算的稳定性,必须采用低耗散且强鲁棒的数值通量方法。传统的HLL近似Riemann求解器的耗散性较大,Roe、HLLEM和HLLC等近似Riemann求解器在计算某些... 对于包含激波、剪切层等复杂结构的流动问题,为了精确模拟剪切层等精细结构,且保证激波计算的稳定性,必须采用低耗散且强鲁棒的数值通量方法。传统的HLL近似Riemann求解器的耗散性较大,Roe、HLLEM和HLLC等近似Riemann求解器在计算某些含有强激波的物理问题时会出现非物理解,容易导致不稳定。针对这一问题,本文在Riemann求解器中通过合理设计反扩散矩阵,发展了一类具有自适应反扩散的新型Riemann求解器,并将其应用到高阶加权紧致格式,实现了高阶精度求解。通过典型数值算例验证了新型方法的计算精度和稳定性,结果表明本文提出的新型自适应反扩散Riemann求解器克服了传统Riemann求解器的缺陷,既能准确识别剪切层等精细结构,又能保证激波解的稳定性。 展开更多

关键词 近似riemann求解器 自适应反扩散 激波 高阶格式 数值稳定性

在线阅读 下载PDF 职称材料

适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究

3

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。 展开更多

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于精确Riemann求解器的明满流过渡过程模拟 被引量：8

4

作者 孙万光 李成振 +1 位作者 马军 范宝山 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期936-945,共10页

Preissmann窄缝法模拟明满流过渡过程方法简单,但存在明显的非物理振荡,抑制非物理振荡是该方法应用的关键。基于Godunov格式和精确Riemann求解器对明满流过渡过程进行模拟,针对Riemann问题代数恒等式在明满流交界处不光滑问题,提出了... Preissmann窄缝法模拟明满流过渡过程方法简单,但存在明显的非物理振荡,抑制非物理振荡是该方法应用的关键。基于Godunov格式和精确Riemann求解器对明满流过渡过程进行模拟,针对Riemann问题代数恒等式在明满流交界处不光滑问题,提出了三阶收敛方法与二分法结合的迭代求解方法,保证迭代收敛至真实解;针对由于变量空间重构方法不能准确表达变量在空间中真实物理状态而导致的非物理振荡,提出了基于精确Riemann解的变量空间重构方法,准确表达激波间断在单元内的空间分布状态,从机理上抑制了非物理振荡。实例研究表明,数值计算结果与解析解或实测值吻合良好,研究成果为明满流过渡过程的高精度数值模拟提供了新的方法。 展开更多

关键词 明满流过渡 非物理振荡 Preissmann窄缝法 Godunov格式 精确riemann求解器

在线阅读 下载PDF 职称材料

用鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格计算旋翼粘性绕流 被引量：3

5

作者 徐丽 翁培奋 +1 位作者 吴泉军 张开军 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期526-531,共6页

发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶... 发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶加权基本无振荡格式进行高阶重构,非定常时间推进采用含牛顿型LUSGS子迭代的全隐式双时间步方法。为实施旋转运动和便于捕捉尾迹,计算采用运动重叠网格技术。计算得到的桨叶表面压力分布及桨尖涡涡核位置都与实验结果吻合较好。数值结果表明:所发展方法对桨尖涡具有较高的分辨率,对激波具有较好的捕捉能力,该方法可进一步推广到前飞旋翼粘性绕流的计算。 展开更多

关键词 直升机旋翼 粘性流动 鲁棒riemann求解器 运动重叠网格 全隐式双时间步方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于HLLC Riemann求解器和重叠网格的三维可压缩粘性流场的计算 被引量：3

6

作者 徐丽 张开军 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1025-1030 1105,1105,共7页

寻找准确捕捉激波和涡尾迹的高分辨率问题一直是计算流体力学领域具有挑战性的问题。本文基于HLLC近似Riemann求解器,发展了一种计算三维可压缩粘性跨音速流场的计算方法。采用HLLC Riemann求解器离散Reynolds平均Navier-Stoke方程的对... 寻找准确捕捉激波和涡尾迹的高分辨率问题一直是计算流体力学领域具有挑战性的问题。本文基于HLLC近似Riemann求解器,发展了一种计算三维可压缩粘性跨音速流场的计算方法。采用HLLC Riemann求解器离散Reynolds平均Navier-Stoke方程的对流项,为提高精度,使用改进的五阶加权基本无振荡格式进行高阶重构。首先对三维固定翼绕流进行计算,然后结合静态重叠网格将方法成功推广到悬停旋翼绕流,并实现洞边界和人工外边界处高阶插值的直接进行。数值结果表明所发展方法能有效地捕捉激波,对桨尖涡也具有较高的分辨率。 展开更多

关键词 Navier-Stoke方程 HLLC riemann求解器 重叠网格 激波 涡尾迹

在线阅读 下载PDF 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

7

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。 展开更多

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

求解多维欧拉方程的二阶旋转输运格式 被引量：5

8

作者 孙宇涛 任玉新 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2005年第3期326-329,共4页

提出了一个基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法。不同于“网格相关”(Grid-aligned)的有限体积方法或者维数分裂的有限差分方法,本格式在求解Riemann问题时不依赖网格的方向,而是沿具有一定的物理意义的两个方向(... 提出了一个基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法。不同于“网格相关”(Grid-aligned)的有限体积方法或者维数分裂的有限差分方法,本格式在求解Riemann问题时不依赖网格的方向,而是沿具有一定的物理意义的两个方向(称为迎风方向)。我们发现当迎风方向取为控制体界面两侧速度差矢量方向(及与之正交的方向)时,该格式能够完全消除基于Riemann求解器的通量差分裂格式存在的激波不稳定或者所谓“红斑”(carbuncle)现象。为了提高格式的时间和空间精度,我们通过在控制体界面处求解线化的广义Riemann问题的方法体现输运过程对通量计算的影响。这种方案,使得我们有可能以此为基础,构造真正多维的有限体积型迎风格式。 展开更多

关键词 数值模拟 欧拉方程 多维格式 激波捕捉 riemann求解器 “红斑”现象

在线阅读 下载PDF 职称材料

含源项双曲守恒方程的保平衡HLL格式

9

作者 彭国良 王仲琦 +3 位作者 张俊杰 任泽平 谢海燕 杜太焦 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第1期105-111,共7页

针对含源项的双曲守恒方程给出了一种新的有限体积格式.经典的有限体积格式不能正确地模拟对流通量项和外力之间的平衡所产生的动力学问题.为解决这个问题,仿照经典的HLL近似Riemann求解器设计思路设计了含源项的近似Riemann求解器.针... 针对含源项的双曲守恒方程给出了一种新的有限体积格式.经典的有限体积格式不能正确地模拟对流通量项和外力之间的平衡所产生的动力学问题.为解决这个问题,仿照经典的HLL近似Riemann求解器设计思路设计了含源项的近似Riemann求解器.针对含重力源项的一维流体Euler方程和理想磁流体方程,通过对通量计算格式的修正得到了保平衡HLL格式(WB-HLL),并给出了保平衡的证明.针对一维Euler方程和理想磁流体给出了两个算例,比较了传统HLL格式和提出的WB-HLL格式的计算精度.计算结果表明,WB-HLL格式精度更高,收敛更快. 展开更多

关键词 双曲守恒方程 源项 近似riemann求解器 保平衡格式 有限体积方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于有限体积法Godunov格式的水锤计算模型 被引量：19

10

作者 赵越 周领 +4 位作者 刘德有 张永会 王家泽 曹云 潘天文 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2019年第1期76-81,共6页

针对管道内水锤问题,基于一阶和二阶Godunov格式的有限体积法建立数学模型并进行模拟分析。采用Riemann求解器对离散通量进行求解,同时在计算中引入对流项;采用MUSCL-Hancock方法进行重构得到二阶精度的Godunov格式,为了避免虚假振荡引... 针对管道内水锤问题,基于一阶和二阶Godunov格式的有限体积法建立数学模型并进行模拟分析。采用Riemann求解器对离散通量进行求解,同时在计算中引入对流项;采用MUSCL-Hancock方法进行重构得到二阶精度的Godunov格式,为了避免虚假振荡引入MINMOD斜率限制器;提出了虚拟边界的处理方法,实现了计算区域的所有节点和边界的统一计算。计算分析表明,虚拟边界法既保证了计算结果的精确性,又避免了边界处理的复杂性;一阶Godunov格式与传统的特征线法计算结果一致;当库朗特数小于1时,一阶Godunov格式和特征线法的瞬变压力可能出现严重的数值耗散,但二阶Godunov格式可有效抑制数值衰减从而得到更为准确稳定的计算结果;在马赫数很小的情况下,对流项对模拟结果的影响可忽略。 展开更多

关键词 水锤 有限体积法 Godunov格式 riemann求解器 MUSCL-Hancock方法 对流项 虚拟边界

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于TSP的图的路包装问题的算法研究

11

作者 王继强 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第21期220-222,共3页

图的路包装问题是一类有着重要应用背景的最优化问题,然而它在计算复杂度上是NP-困难的。受Hassin和Rubinstein的思想启发,在max-TSP问题的基础上给出了完全图的路包装问题的近似算法,分析了算法的复杂度和近似比;基于LINGO软件的算例... 图的路包装问题是一类有着重要应用背景的最优化问题,然而它在计算复杂度上是NP-困难的。受Hassin和Rubinstein的思想启发,在max-TSP问题的基础上给出了完全图的路包装问题的近似算法,分析了算法的复杂度和近似比;基于LINGO软件的算例表明了算法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 路包装 旅行商问题(TSP) 哈密尔顿圈 近似算法 交互式的线性和通用优化求解器(LINGO)

在线阅读 下载PDF 职称材料