双曲型守恒律方程的高分辨率混合格式研究

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双曲型守恒律方程是计算流体力学中一类重要的偏微分方程,本文针对这一类方程研究了两个高分辨率的混合格式。随着工程问题对于大涡模拟(LES),计算声学(CAA),激波/边界层干扰等精细结构模拟要求的逐步提升,高精度格式相比于低阶格式在精细结构模拟中更具优势,成为计算流体力学(CFD)中的一个重点研究方向。CPR方法(correction procedure via reconstruction,重构修正方法)具有格式紧致、高效、可应用于复杂非结构网格的优点,现被广泛应用到科学计算和工程预测之中。但是CPR方法在捕捉激波时会产生虚假数值震荡,因此CPR方法和DG(discontinuous Galerkin)等高阶有限元格式(FEM)的激波捕捉技术成为了一个研究热点。本文的研究思路是,通过引入混合的方法,将CPR方法与激波捕捉能力较好的非线性加权格式混合,构造了两个高效高分辨率且具有良好激波捕捉能力的混合格式。两个混合格式可以应用于高超声速流动问题的高效数值模拟之中。本文首先概述了高精度格式在计算流体力学中的作用和地位,重点回顾了CPR方法的研究现状、非线性加权格式的发展现状以及混合格式的研究进展,并简要介绍了本文的主要研究工作与内容安排。之后,介绍了CPR方法的一维和二维格式构造,WCNS(weighted compact nonlinear scheme)与高分辨率二阶格式的一维及二维构造,激波侦测器的构造与时间离散方法。随后,重点研究了混合格式的构造过程,包括格式切换策略和界面处理方法,并进行了混合格式的精度测试。最后进行了一维和二维的数值实验,验证了两个混合格式的激波捕捉能力和高计算效率。
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