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高阶FV-WENO格式数值模拟基于抛物化Navier-Stokes方程的异重流

论文摘要

有限体积加权本质无震荡(FV-WENO)格式的优点是强状性好,在光滑区域能达到真正的高精度,间断问题的一般解无震荡。异重流是由于流体密度差而引起的相对运动,在自然界中极为常见。它影响着大气污染物的传输,水坝崩溃,油膜扩散等。本文推导了结构网格上的四阶和五阶FV-WENO格式,并且在空间上分别使用这些格式,时间上均采用三阶TVD Runge-Kutta法,数值模拟了基于抛物化Navier-Stokes方程组的一类典型异重流,这种异重流具有Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性的特征,广泛应用于环境流体力学中。二维Burgers方程验证了格式的数值精度能够达到理论上设计的精度。对该密度流的数值模拟所做工作和所得结论如下:(1)讨论了利用四阶、五阶FV-WENO格式计算的数值结果的收敛性。(2)分析了格式的守恒性,结果展示四阶、五阶FV-WENO格式和五阶有限差分加权本质无震荡(FD-WENO)格式都很好地保持质量守恒。(3)当达到相同的数值解时,五阶FV-WENO格式比四阶FV-WENO和五阶FD-WENO格式需要更少的网格数,花费更少的CPU时间。(4)在网格大小h=1/(480)时,均利用五阶FV-WENO格式,分别采用固壁边界条件和反射边界条件,计算该模型不同时间的数值结果。捕捉尖钉的顶部纵坐标,讨论边界条件对数值结果的影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  • 1.1 选题背景及国内外现状
  • 1.1.1 具有RT不稳定性特征的异重流研究背景与进展
  • 1.1.2 抛物化Navier-Stokes方程的国内外研究背景与进展
  • 1.2 本文主要内容
  • 第二章 适合于异重流的抛物化Navier-Stokes方程
  • 第三章 数值方法
  • 3.1 空间离散方法
  • 3.1.1 有限体积法
  • 3.1.2 四阶FV-WENO格式
  • 3.1.3 五阶FV-WENO格式
  • 3.1.4 FV-WENO格式推广到Euler系
  • 3.2 时间离散方法
  • 3.3 数值算例
  • 第四章 数值模拟具有RT不稳定性特征的异重流
  • 4.1 流体模型
  • 4.2 数值计算及结果分析
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间主要研究成果
  • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/9430696c07f5fc46f494f177.html