BLU-SGS方法在WCNS高阶精度格式上的数值分析 被引量：5

1

作者 王光学 张玉伦 +3 位作者 王运涛 李松 孟德虹 李伟 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期733-739,共7页

高阶精度计算方法的收敛效率是目前CFD重要的研究内容之一。应用多块对接结构网格技术,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程(RANS)和五阶空间离散精度的显式加权紧致非线性格式(WCNS-E),针对NLR7301两段翼型和Trap Wing梯形翼两个低速算例... 高阶精度计算方法的收敛效率是目前CFD重要的研究内容之一。应用多块对接结构网格技术,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程(RANS)和五阶空间离散精度的显式加权紧致非线性格式(WCNS-E),针对NLR7301两段翼型和Trap Wing梯形翼两个低速算例,重点研究了BLU-SGS迭代方法应用于WCNS-E高阶精度格式上的收敛效率问题。通过与LU-SGS迭代方法收敛效率和计算结果的比较,研究结果表明:BLU-SGS迭代方法的收敛效率明显优于LU-SGS迭代方法;对于收敛的流场,BLU-SGS迭代方法的计算结果与LU-SGS方法的结果基本相同。 展开更多

关键词 高阶精度格式 计算效率 隐式时间推进 Blu-sgs WCNS格式 低速流动

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一种高精度隐式计算格式的构造及其应用

2

作者 孙阳 吴勃英 冯国泰 《科学技术与工程》 2010年第16期3914-3917,共4页

AUSMPW格式虽然精度很高,但计算时间稍长。AUSM+up格式的计算速度较快,然而精度不及AUSMPW格式,而且具有较强的参数局限性。因此,结合AUSM+up格式和SD-SLAU格式等计算格式的优点提出了MAUSM+up格式。通过比较隐式格式AF方法和LU-SGS方法... AUSMPW格式虽然精度很高,但计算时间稍长。AUSM+up格式的计算速度较快,然而精度不及AUSMPW格式,而且具有较强的参数局限性。因此,结合AUSM+up格式和SD-SLAU格式等计算格式的优点提出了MAUSM+up格式。通过比较隐式格式AF方法和LU-SGS方法,选用计算速度更佳的AF方法与改进的MAUSM+up格式结合,对已有的三维黏性流计算程序加以改进,并在H-O-H型网格中计算三维黏性流场。结果表明编写的计算程序是一种较为理想的涡轮叶栅流场数值模拟程序。 展开更多

关键词 隐式格式 AF方法 lu-sgs方法 AUSM 涡轮

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间断Galerkin有限元隐式算法GPU并行化研究

3

作者 高缓钦 陈红全 +1 位作者 贾雪松 徐圣冠 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期21-33,I0001,共14页

为了提高间断伽辽金(discontinuous Galerkin,DG)有限元方法的计算效率,围绕求解Euler方程,构建了基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行加速的隐式DG算法。算法结合Roe格式进行空间离散,采用人工黏性法处理激波等间断问题... 为了提高间断伽辽金(discontinuous Galerkin,DG)有限元方法的计算效率,围绕求解Euler方程,构建了基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行加速的隐式DG算法。算法结合Roe格式进行空间离散,采用人工黏性法处理激波等间断问题,时间推进选用下上对称高斯-赛德尔(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)隐式格式。为了克服传统隐式格式固有的数据关联依赖问题,借助于本文提出的面向任意网格的单元着色分组技术,先给出了LUSGS隐式格式的并行化改造,使得隐式时间推进能按颜色组别依次并行,由于同一颜色组内算法已不存在数据关联,可以据此实现并行化。在此基础上,再结合DG算法局部紧致等特点,基于统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)编程模型,设计了依据单元的核函数,并构建了对应的线程与数据结构,给出了DG有限元隐式GPU并行算法。最后,发展的算法通过了多个二维和三维典型流动算例考核与性能测试,展示出隐式算法GPU加速的效果,且获得的计算结果能与现有的文献或实验数据接近。 展开更多

关键词 间断伽辽金方法 lu-sgs隐式格式 GPU并行化 单元着色分组 EULER方程

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一种基于块雅可比迭代的高阶FR格式隐式方法

4

作者 于要杰 刘锋 +1 位作者 高超 冯毅 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1586-1598,共13页

最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解... 最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解方法和并行计算技术.本文提出了一种基于块Jacobi迭代的高阶FR格式求解定常二维欧拉方程的单GPU隐式时间推进方法.由于直接求解FR格式空间和隐式时间离散后的全局线性方程组效率低下并且内存占用很大.而通过块雅可比迭代的方式,能够改变全局线性方程组左端矩阵的特征,克服影响求解并行性的相邻单元依赖问题,使得只需要存储和计算对角块矩阵.最终将求解全局线性方程组转化为求解一系列局部单元线性方程组,进而又可利用LU分解法在GPU上并行求解这些小型局部线性方程组.通过二维无黏Bump流动和NACA0012无黏绕流两个数值实验表明,该隐式方法计算收敛所用的迭代步数和计算时间均远小于使用多重网格加速的显式Runge-Kutta格式,且在计算效率方面至少有一个量级的提升. 展开更多

关键词 高精度格式 通量重构格式 隐式时间推进方法 块雅可比迭代 GPU 计算

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三维Euler方程的隐式间断有限元算法 被引量：1

5

作者 段治健 张童 +1 位作者 秦梦梅 马欣荣 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期1665-1667,1672,共4页

为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大... 为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大攻角尖前缘三角翼以及DLR-F4翼身组合体的亚声速绕流问题。结果表明,加入SOR内迭代步的LU-SGS隐式算法具有较大的优势,相较于GMRES算法所占用的内存少且收敛速度相当,是LU-SGS算法的三倍以上。针对三维算例,具有较好的稳定性和较高的收敛速度,能够给出准确的流场信息。与原方法相比,SOR-LU-SGS方法无论是在迭代步数上还是在CPU时间上,效率均有明显提高,适合于三维复杂流场计算。 展开更多

关键词 EULER方程 隐式时间离散算法 lu-sgs格式 GMRES格式

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一种求解抛物化Navier-Stokes方程的空间推进算法 被引量：4

6

作者 陈兵 徐旭 蔡国飙 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期162-170,共9页

讨论了抛物化NS方程(parabolized Navier-Stokes equations,PNS)的数学性质,对比分析多种处理流向压力梯度的方法的优缺点.以此为基础,成功地将LU-SGS隐式时间积分方法推广到PNS方程的流向空间积分上,发展了基于PNS方程的有限体积单次... 讨论了抛物化NS方程(parabolized Navier-Stokes equations,PNS)的数学性质,对比分析多种处理流向压力梯度的方法的优缺点.以此为基础,成功地将LU-SGS隐式时间积分方法推广到PNS方程的流向空间积分上,发展了基于PNS方程的有限体积单次扫描空间推进算法(single-sweep parabolized Navier-Stokes algorithm,SSPNS).在该算法中,横向无黏数值通量和黏性通量分别采用混合型迎风格式和中心格式求解.用SSPNS算法计算了4个典型流场,包括超声速平板流、15°楔板压缩高超声速流、带攻角的高超声速锥形流和侧压式高超声速进气道流动.SSPNS计算结果与NASA UPS程序数值结果、文献提供的实验数据及理论分析结果符合得很好.对比研究表明,SSPNS法与传统时间迭代法相比,二者计算精度相当,而SSPNS计算速度快1～2个量级,存储量至少低1个量级. 展开更多

关键词 抛物化NS方程 空间推进算法 LU—SGS隐式积分方法 混合型迎风格式 超声速/高超声速流动

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用空间推进算法模拟高超声速进气道流场 被引量：3

7

作者 陈兵 徐旭 蔡国飙 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1319-1323,共5页

在有限体积法框架下，采用空间推进算法SSPNS（Single-Sweep Parabolized Navier-Stokes Algorithm）求解抛物化NS方程（即PNS方程），在流向采用LU—SGS隐式积分，而横向无粘和粘性通量则分别采用AUSM系列格式和中心格式计算。用该方法... 在有限体积法框架下，采用空间推进算法SSPNS（Single-Sweep Parabolized Navier-Stokes Algorithm）求解抛物化NS方程（即PNS方程），在流向采用LU—SGS隐式积分，而横向无粘和粘性通量则分别采用AUSM系列格式和中心格式计算。用该方法对1个二维高超声速进气道和2个三维高超声速进气道流场进行了数值模拟，得到的流场波系结构、壁面压力及传热系数分布与文献中相关数值解和实验数据基本一致，表明SSPNS法能够准确地模拟超燃冲发动机进气道内的高超声速流动。对比研究表明，SSPNS法与求解FNS（Full Navier＼lStokes Equations）方程的传统时间迭代法相比，二者计算精度相当，而SSPNS计算速度快1～2个量级，存储量至少低1个量级。本文的研究为CFD在超燃冲压发动机部件及一体化优化设计中的集成，以及大型高超声速工程流动的高效计算，打下了良好的基础。 展开更多

关键词 抛物化NS方程 空间推进算法 高超声速进气道 LU—SGS隐式积分 AUSM系列格式

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基于两方程湍流模型的N-S方程数值计算研究 被引量：1

8

作者 成水燕 李杰 李少飞 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2006年第S4期775-777,共3页

文中讨论了雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组与湍流模型方程的统一求解技术。在有限体积方法框架下,采用迎风格式进行空间离散,时间推进则分别采用显式Runge-Kutta方法和LU-SGS隐式推进方法。通过数值模拟NACA0012和RAE2822翼型的跨... 文中讨论了雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组与湍流模型方程的统一求解技术。在有限体积方法框架下,采用迎风格式进行空间离散,时间推进则分别采用显式Runge-Kutta方法和LU-SGS隐式推进方法。通过数值模拟NACA0012和RAE2822翼型的跨音速流场,对文中方法进行了验证。 展开更多

关键词 NS方程 B-L模型 k-ε/k-ω模型 RUNGE-KUTTA方法 lu-sgs隐式推进格式

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基于三维非结构网格的连续伴随优化方法 被引量：7

9

作者 徐兆可 夏健 高宜胜 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期145-152,共8页

基于非结构网格,采用Euler方程、连续伴随方法以及自由形面变形技术(Free-form deformation,FFD)结合序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化算法,开发出了三维飞行器的气动外形优化代码。应用Fortran 90语言,动态存... 基于非结构网格,采用Euler方程、连续伴随方法以及自由形面变形技术(Free-form deformation,FFD)结合序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化算法,开发出了三维飞行器的气动外形优化代码。应用Fortran 90语言,动态存储数组和指针,节省了内存。采用Roe形式的二阶迎风格式和LU-SGS隐式时间离散格式求解连续伴随方程,同时采用一种新的参数化坐标求解方法,使得FFD技术更加鲁棒。和有限差分方法求得的梯度进行比较,验证了连续伴随方法所求梯度的正确性,实现了ONERA M6机翼的减阻优化,证明本文开发的优化代码能够实现三维气动外形的减阻优化。 展开更多

关键词 非结构网格 连续伴随方法 EULER方程 Roe格式 lu-sgs隐式格式

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超声速进气道可压及不可压流动数值模拟 被引量：2

10

作者 陈兵 徐旭 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期31-35,45,共6页

采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmet-ric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstrea... 采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmet-ric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstream Splitting Method)格式、中心差分2种空间离散格式,求解该预处理NS方程组.通过圆弧凸包流动和二维方腔顶盖驱动流动的数值试验表明,该方法克服了传统时间迭代方法模拟低速流动时的刚性问题,加速了收敛过程,可以同时有效地模拟可压及不可压流动.用此方法与块结构化网格技术相结合,进行了在不同飞行马赫数、攻角和出口反压条件下,混压式轴对称超声速进气道三维流场数值模拟.计算结果表明:该方法能准确地捕获复杂激波系,清楚地揭示进气道三维流动现象;进气道性能随工作条件的变化规律,与理论分析一致. 展开更多

关键词 超声速进气道 预处理方法 lu-sgs隐式时间积分 AUSM+(P)格式

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基于预处理方法的流动数值分析 被引量：2

11

作者 苏莫明 赵兴艳 苗永淼 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期332-335,共4页

以预处理方法为基础 ,采用了有限体积法 ,并将高精度高分辨率迎风格式与隐式时间推进法 LU- SGS格式结合 ,对低速到超音速范围内的流动进行数值分析。为了提高 AUSMPW+ 格式的计算精度 ,采用了三阶 MUSCL格式。为了验证本文方法对低速... 以预处理方法为基础 ,采用了有限体积法 ,并将高精度高分辨率迎风格式与隐式时间推进法 LU- SGS格式结合 ,对低速到超音速范围内的流动进行数值分析。为了提高 AUSMPW+ 格式的计算精度 ,采用了三阶 MUSCL格式。为了验证本文方法对低速到超音速范围内的无粘和粘性流动的数值分析效果 ,对几个典型算例进行了数值试验。本文的数值结果与文献计算结果和实验数据基本一致 ,表明本文方法可以有效地对低速到超音速范围内的流动进行数值分析。 展开更多

关键词 隐式时间推进法 有限体积法 预处理方法 不可压流动 数值分析 差分格式

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二维非结构网格Euler方程高效解法

12

作者 赵庆贺 白俊强 +1 位作者 许晓平 袁晓军 《科学技术与工程》 2008年第1期124-128,共5页

在非结构网格上应用多重网格技术加速Euler方程的收敛,在多重网格中通过聚合法进行粗网格生成,并对粗网格中的多边形网格做了等价面处理。在空间离散上采用Roe格式,在时间推进上分别采用了显式和隐式算法。通过对NA-CA0012翼型和RAE282... 在非结构网格上应用多重网格技术加速Euler方程的收敛,在多重网格中通过聚合法进行粗网格生成,并对粗网格中的多边形网格做了等价面处理。在空间离散上采用Roe格式,在时间推进上分别采用了显式和隐式算法。通过对NA-CA0012翼型和RAE2822翼型的流场模拟,比较了显式多重网格法和隐式多重网格法的计算效率。 展开更多

关键词 多重网格法 隐式时间推进 迎风格式 非结构网格

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光学窗口外形对气动光学效应的影响 被引量：3

13

作者 张黎 刘国栋 王贵兵 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2834-2838,共5页

流场求解采用3维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解,采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。采用几何光学结合物理光学方法分析平均流动... 流场求解采用3维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解,采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。采用几何光学结合物理光学方法分析平均流动和湍流对光场的影响。计算结果表明:由于窗口外形曲面的曲率不同,两种窗口外部流场存在较大区别,气流速度、密度的分布情况各不相同。曲率较大的窗口外形对气流的压缩程度较大,导致气流绕过窗口顶端中心区域时流速快,密度梯度大,因而窗口空气阻力较大,光束在该窗口流场中传输受气流影响的影响也较大。 展开更多

关键词 光学窗口 外形 气动光学效应 气流速度 物理光学方法 外部流场 两方程模型 中心区域 中心格式 隐式格式 压缩程度 湍流 通量 数值模拟 时间推进 曲率 流场求解 密度梯度 离散处理 雷诺平均

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