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高阶精度格式WCNS在三角翼大攻角模拟中的应用研究 被引量:14
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作者 王光学 邓小刚 +1 位作者 刘化勇 王运涛 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期28-33,100,共7页
采用5阶精度的加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)数值模拟了65°三角翼的大攻角绕流流场,主要目的是考核高阶精度格式WCNS在大攻角旋涡流动方面以及跨声速流场的激波附面层干扰、涡破裂位置的模拟能力,重点研究不同网格规模和湍流模型... 采用5阶精度的加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)数值模拟了65°三角翼的大攻角绕流流场,主要目的是考核高阶精度格式WCNS在大攻角旋涡流动方面以及跨声速流场的激波附面层干扰、涡破裂位置的模拟能力,重点研究不同网格规模和湍流模型对尖前缘三角翼涡系之间的相互作用的影响。通过求解任意坐标系下的雷诺平均N-S方程,采用5阶精度的加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)和多块对接结构网格技术,两种湍流模型分别是一方程SA和两方程SST湍流模型,在与相应试验结果对比的基础上,详细研究了WCNS-E-5格式在跨声速大攻角旋涡流动中的表现,以及不同网格规模、两种湍流模型对主涡二次涡相互作用、涡破裂位置和表面压力分布的影响。本文的研究结果表明,高阶精度格式WCNS-E-5能成功应用于三角翼的跨声速大攻角流动,网格规模的增加进一步提高流场分辨率,SST湍流模型相对SA湍流模型在三角翼大攻角流动中具有更好的适用性。 展开更多
关键词 wcns 三角翼 湍流模型 大攻角
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BLU-SGS方法在WCNS高阶精度格式上的数值分析 被引量:5
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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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5阶非线性WCNS和WENO差分格式频谱特性比较 被引量:10
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作者 涂国华 邓小刚 毛枚良 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期709-712,共4页
近似色散关系(ADR)可以用来分析非线性格式的修正波数。发展了一种求解ADR的数值方法,通过数值求解ADR比较了5阶非线性WENO5和WCNS-E-5有限差分格式的频谱特性。计算结果表明WCNS-E-5的色散误差比WENO5小,数值耗散也比WENO5小,整体性能... 近似色散关系(ADR)可以用来分析非线性格式的修正波数。发展了一种求解ADR的数值方法,通过数值求解ADR比较了5阶非线性WENO5和WCNS-E-5有限差分格式的频谱特性。计算结果表明WCNS-E-5的色散误差比WENO5小,数值耗散也比WENO5小,整体性能比WENO5优越。 展开更多
关键词 近似色散关系 激波捕捉格式 wcns WENO 修正波数
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CFD空间精度分析方法及4种典型畸形网格中WCNS格式精度测试 被引量:3
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作者 涂国华 邓小刚 +2 位作者 闵耀兵 毛枚良 刘化勇 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期425-432,共8页
计算流体力学中的精度阶数体现的是数值解随着网格加密向精确解收敛的速度,计算格式、网格质量和边界处理等都会影响计算精度。5阶非线性加权紧致格式(WCNS-E-5)是一种具有较高的精度和分辨率的有限差分格式,对强激波和复杂网格的适应... 计算流体力学中的精度阶数体现的是数值解随着网格加密向精确解收敛的速度,计算格式、网格质量和边界处理等都会影响计算精度。5阶非线性加权紧致格式(WCNS-E-5)是一种具有较高的精度和分辨率的有限差分格式,对强激波和复杂网格的适应性强。但是,格式的模板自适应选择器和网格的复杂性等都会对最终计算精度造成影响。为了分析精度,首先给出了两种通过数值解反推计算格式精度的方法:一种方法适合已知精确解的情况,另一种方法适合未知精确解的情况。然后在斜交网格、拉伸网格、拐折网格和扭曲网格等4种典型畸形网格中考察了WCNS-E-5格式的精度,考察算例涉及线性波动问题、等熵涡传播问题和超声速边界层问题等。计算结果表明WCNS-E-5在这四种网格中都体现出高阶精度。 展开更多
关键词 wcns高阶精度 复杂网格 网格收敛性分析 边界格式
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浅水波方程的高精度隐式WCNS格式 被引量:1
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作者 樊荣 陈勋 +1 位作者 郑克龙 蒋艳群 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1477-1484,共8页
设计了高精度隐式WCNS格式,用于数值求解浅水波方程。方程通量导数采用四阶隐式紧致差分格式计算;半节点通量采用五阶非线性加权插值方法计算。对于含源项浅水波方程,采用特殊的源项处理,使得隐式WCNS格式具有和谐性,即在静水条件下保... 设计了高精度隐式WCNS格式,用于数值求解浅水波方程。方程通量导数采用四阶隐式紧致差分格式计算;半节点通量采用五阶非线性加权插值方法计算。对于含源项浅水波方程,采用特殊的源项处理,使得隐式WCNS格式具有和谐性,即在静水条件下保持流速为零,水位为常数。通过线性算例及几个经典的无源项和含源项数值算例对WCNS格式进行测试,结果表明:该格式在光滑区具有四阶精度,在间断处具有良好的捕捉激波能力,同时对于含源项问题具有保持静水条件下定常解的和谐性。 展开更多
关键词 浅水波方程 隐式wcns格式 激波捕捉能力 和谐性
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A Scale-Invariant Fifth Order WCNS Scheme for Hyperbolic Conservation Laws
6
作者 Zixuan Zhang Yidao Dong +2 位作者 Huaibao Zhang Shichao Zheng Xiaogang Deng 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2023年第5期1256-1289,共34页
In this article,a robust,effective,and scale-invariant weighted compact nonlinear scheme(WCNS)is proposed by introducing descaling techniques to the nonlinear weights of the WCNS-Z/D schemes.The new scheme achieves an... In this article,a robust,effective,and scale-invariant weighted compact nonlinear scheme(WCNS)is proposed by introducing descaling techniques to the nonlinear weights of the WCNS-Z/D schemes.The new scheme achieves an essentially non-oscillatory approximation of a discontinuous function(ENO-property),a scaleinvariant property with an arbitrary scale of a function(Si-property),and an optimal order of accuracy with smooth function regardless of the critical point(Cp-property).The classical WCNS-Z/D schemes do not satisfy Si-property intrinsically,which is caused by a loss of sub-stencils’adaptivity in the nonlinear interpolation of a discontinuous function when scaled by a small scale factor.A new nonlinear weight is devised by using an average of the function values and the descaling function,providing the new WCNS schemes(WCNS-Zm/Dm)with many attractive properties.The ENO-property,Si-property and Cp-property of the new WCNS schemes are validated numerically.Results show that the WCNS-Zm/Dm schemes satisfy the ENO-property and Si-property,while only the WCNS-Dm scheme satisfies the Cp-property.In addition,the Gaussian wave problem is solved by using successively refined grids to verify that the optimal order of accuracy of the new schemes can be achieved.Several one-dimensional shock tube problems,and two-dimensional double Mach reflection(DMR)problem and the Riemann IVP problem are simulated to illustrate the ENOproperty and Si-property of the scale-invariant WCNS-Zm/Dm schemes. 展开更多
关键词 wcns descaling function scale-invariant ENO-property Cp-property
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Analysis of Discontinuity Detectors and Hybrid WCNS Schemes Based on Waveform Recognition
7
作者 Hao Zhang Yidao Dong +1 位作者 Shichao Zheng Xiaogang Deng 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2023年第7期418-455,共38页
In this paper,we present a hybrid form of weighted compact nonlinear scheme(WCNS)for hyperbolic conservation laws by applying linear and nonlinear methods for smooth and discontinuous zones individually.To fulfill thi... In this paper,we present a hybrid form of weighted compact nonlinear scheme(WCNS)for hyperbolic conservation laws by applying linear and nonlinear methods for smooth and discontinuous zones individually.To fulfill this algorithm,it is inseparable from the recognition ability of the discontinuity detector adopted.In specific,a troubled-cell indicator is utilized to recognize unsmooth areas such as shock waves and contact discontinuities,while avoiding misjudgments of smooth structures.Some classical detectors are classified into three basic types:derivative combination,smoothness indicators and characteristic decomposition.Meanwhile,a new improved detector is proposed for comparison.Then they are analyzed through identifying a series of waveforms firstly.After that,hybrid schemes using such indicators,as well as different detection variables,are examined with Euler equations,so as to investigate their ability to distinguish practical discontinuities on various levels.Simulation results demonstrate that the proposed algorithm has similar performances to pure WCNS,while it generally saves 50 percent of CPU time for 1D cases and about 40 percent for 2D Euler equations.Current research is in the hope of providing some reference and establishing some standards for judging existing discontinuity detectors and developing novel ones. 展开更多
关键词 wcns waveform detection troubled-cell indicator SHOCK-CAPTURING hybrid scheme
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一种修正的Osher通量在高阶WCNS中的特性 被引量:2
8
作者 朱华君 燕振国 +1 位作者 刘化勇 毛枚良 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期53-62,共10页
将一种基于多维修正的Osher通量运用于高阶加权紧致非线性格式(WCNS)中,该修正通量主要在垂直于激波面的界面上增加耗散,能够改善Osher通量的激波捕捉稳定性,同时对边界层和接触间断的分辨率影响非常小。对修正的Osher通量在高阶WCNS中... 将一种基于多维修正的Osher通量运用于高阶加权紧致非线性格式(WCNS)中,该修正通量主要在垂直于激波面的界面上增加耗散,能够改善Osher通量的激波捕捉稳定性,同时对边界层和接触间断的分辨率影响非常小。对修正的Osher通量在高阶WCNS中的特性进行研究,通过数值模拟测试了基于Osher通量的WCNS的激波稳定性、热流预测精度、边界层模拟能力、激波边界层干扰模拟能力,并与Steger-Warming通量和Roe通量进行了对比。结果表明修正后的Osher通量比Harten修正的Roe通量具有更好的激波捕捉鲁棒性,而边界层、驻点热流值和激波边界层干扰的模拟则明显优于Steger-Warming通量。上述结果说明了基于修正的Osher通量的高阶WCNS具有较好的激波捕捉特性、热流预测精度和边界层计算能力。 展开更多
关键词 通量 高阶wcns 激波稳定性 热流计算 边界层计算
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粘性Burgers方程的高阶精度半隐式WCNS方法 被引量:2
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作者 陈勋 蒋艳群 +2 位作者 陈琦 张旭 胡迎港 《数值计算与计算机应用》 2022年第1期76-87,共12页
Burgers方程为Navier-Stokes方程组的简化形式,在计算数学和计算流体力学领域中有着广泛应用.本文设计了粘性Burgers方程的高阶精度半隐式加权紧致非线性格式(WCNS),并给出了稳定性分析.方程对流项和粘性项分别采用五阶精度WCNS格式和... Burgers方程为Navier-Stokes方程组的简化形式,在计算数学和计算流体力学领域中有着广泛应用.本文设计了粘性Burgers方程的高阶精度半隐式加权紧致非线性格式(WCNS),并给出了稳定性分析.方程对流项和粘性项分别采用五阶精度WCNS格式和四阶中心差分格式计算.半离散系统采用三阶精度IMEX Runge-Kutta方法计算,对流项和粘性项分别进行显式和隐式处理.数值结果表明IMEX Runge-Kutta WCNS格式可达到三阶时间精度和五阶空间精度,比显式TVD Runge-Kutta WCNS格式计算效率高,且具有高分辨率的激波捕捉能力. 展开更多
关键词 BURGERS方程 wcns格式 IMEX Runge-Kutta方法 计算效率 激波捕捉
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粘性Burgers方程的高阶隐式WCNS格式
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作者 张旭 蒋艳群 +1 位作者 陈勋 胡迎港 《数值计算与计算机应用》 2022年第2期188-201,共14页
JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由外层Newton迭代法和内层Krylov子空间迭代法构成的嵌套迭代方法.本文提出了一种基于JFNK方法的高阶隐式WCNS(weighted compact nonlinear scheme)格式,并用于求解一维、二维粘性Burgers方程.... JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由外层Newton迭代法和内层Krylov子空间迭代法构成的嵌套迭代方法.本文提出了一种基于JFNK方法的高阶隐式WCNS(weighted compact nonlinear scheme)格式,并用于求解一维、二维粘性Burgers方程.外层迭代法采用含参数的多步Newton迭代法,给出了收敛性分析,内层迭代法采用无矩阵GMRES迭代法.粘性Burgers方程的非线性对流项采用五阶WCNS格式计算.为提高方法精度和计算效率,时间离散采用三阶隐式的DIRK(diagonal implicit Runge-Kutta)方法.数值结果表明基于JFNK方法的隐式WCNS格式在时间上能达到三阶精度,与显式TVD Runge-Kutta WCNS方法相比,计算效率更高.此外,基于JFNK方法的隐式WCNS格式稳定性好,且具有良好的激波捕捉能力. 展开更多
关键词 粘性Burgers方程 JFNK方法 隐式wcns 收敛性分析 计算效率
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高阶精度方法下的湍流生成项对低速流动数值模拟的影响研究 被引量:5
11
作者 王运涛 孙岩 +1 位作者 李松 李伟 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期325-329 352,352,共6页
基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的WCNS格式,开展了SST两方程模型不同湍流生成项对低速流动数值模拟的计算分析。主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的应用提供技术支撑。计算模型包含了低速NLR... 基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的WCNS格式,开展了SST两方程模型不同湍流生成项对低速流动数值模拟的计算分析。主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的应用提供技术支撑。计算模型包含了低速NLR7301两段翼型和Trap Wing高升力构型,研究内容主要包括不同湍流生成项对收敛历程、边界层湍流粘性系数分布、边界层速度分布、压力系数分布、气动特性的影响。在与试验数据对比的基础上,计算结果表明:对于低速二维流动,不同湍流生成项对收敛历程有比较明显的影响,对附面层湍流粘性系数分布和速度型影响不明显,不同湍流生成项主要影响主翼前缘的吸力峰值,进而影响升力系数和压差阻力系统;对于低速三维流动,不同湍流生成项对低速流动的收敛特性影响不明显,对翼梢涡的模拟精度有比较明显的影响,进而影响翼梢站位的压力分布和总体气动特性。 展开更多
关键词 湍流生成项 低速流动 高精度计算 wcns格式 RANS方程 SST湍流模型
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多段翼型高精度数值模拟技术研究 被引量:8
12
作者 王运涛 孟德虹 邓小刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期88-93,共6页
采用五阶精度的加权紧致格式(WCNS)数值模拟了NLR7301两段翼型、30P-30N三段翼型的复杂流场,主要目的是考核WCNS格式模拟多段翼型复杂流场的能力,研究湍流模型、转捩位置对多段翼型压力分布和典型站位速度型的影响。通过求解任意坐标系... 采用五阶精度的加权紧致格式(WCNS)数值模拟了NLR7301两段翼型、30P-30N三段翼型的复杂流场,主要目的是考核WCNS格式模拟多段翼型复杂流场的能力,研究湍流模型、转捩位置对多段翼型压力分布和典型站位速度型的影响。通过求解任意坐标系下的雷诺平均的N-S方程,采用多块对接结构网格技术,在与相应实验结果对比的基础上,详细研究了SA一方程湍流模型、SST两方程湍流模型、转捩位置对该翼型压力分布和典型站位速度型的影响。研究结果表明,基于WCNS格式,采用全湍流模拟方式可以较好地模拟该多段翼型的压力分布,但对边界层速度型和阻力系数的模拟精度较差;模拟实验的转捩位置可以改善边界层和尾迹区的模拟精度,提高阻力的数值模拟精度。 展开更多
关键词 wcns 多段翼型 湍流模型 转捩位置 速度型
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非定常Euler方程数值计算中高精度格式应用 被引量:3
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作者 赵云飞 刘绪 +2 位作者 涂国华 刘伟 毛枚良 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期12-16,共5页
采用五阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)和非定常"双时间步"方法求解非定常Euler方程,模拟NACA0012翼型强迫俯仰振动流场,研究了高精度格式应用到非定常计算时"双时间步"方法物理时间步长、子迭代收敛判据、子迭代... 采用五阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)和非定常"双时间步"方法求解非定常Euler方程,模拟NACA0012翼型强迫俯仰振动流场,研究了高精度格式应用到非定常计算时"双时间步"方法物理时间步长、子迭代收敛判据、子迭代步数以及物理时间导数离散方法对计算精度和计算效率的影响。 展开更多
关键词 高精度格式 非定常流动 wcns格式 EULER方程 数值模拟
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高阶精度方法下的湍流生成项对跨声速流动数值模拟的影响研究 被引量:3
14
作者 王运涛 孙岩 +1 位作者 李松 李伟 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期25-30,共6页
利用五阶空间离散精度的WCNS格式和多块结构网格技术,通过求解雷诺平均NS方程,开展了SST两方程模型不同湍流生成项组合方式对跨声速流动数值模拟影响的计算分析。研究的主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的工程应用提供技术支撑。... 利用五阶空间离散精度的WCNS格式和多块结构网格技术,通过求解雷诺平均NS方程,开展了SST两方程模型不同湍流生成项组合方式对跨声速流动数值模拟影响的计算分析。研究的主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的工程应用提供技术支撑。计算模型采用了RAE2822超临界翼型和DLR-F6翼身组合体构型。研究内容主要包括不同湍流生成项对残差收敛历程、边界层湍流粘性系数分布、边界层速度分布、压力系数分布以及模型整体气动力特性的影响。不同湍流生成项组合方式的流场计算结果还与风洞试验数据进行了对比。研究结果表明:对于小迎角不存在明显分离的跨声速流动,不同湍流生成项对流场的高精度计算结果的影响很小,可以不用考虑。 展开更多
关键词 湍流生成项 跨声速流动 高精度计算 wcns格式 RANS方程 SST湍流模型
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碳含量对WCN纳米复合薄膜结构和性能的影响 被引量:3
15
作者 王蕊 喻利花(指导) 许俊华 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期50-54,共5页
采用多靶反应磁控溅射技术在不同碳靶功率(碳靶功率与碳含量成正比)下制备了WCN纳米复合膜,采用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对薄膜结构和性能进行表征,研究了碳含量对WCN复合膜的影响。结果表明:随碳靶功率即... 采用多靶反应磁控溅射技术在不同碳靶功率(碳靶功率与碳含量成正比)下制备了WCN纳米复合膜,采用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对薄膜结构和性能进行表征,研究了碳含量对WCN复合膜的影响。结果表明:随碳靶功率即碳含量的增加,薄膜的物相在原单一WN相的基础上,出现了新相WCN,并且晶格常数不断增大,同时薄膜的硬度和弹性模量先升后降,在碳靶功率为120W时,两者均达到最大值,分别为36.70,409.16GPa;复合膜的常温摩擦因数和磨损率随碳含量的增加呈现先减小后增大趋势,高温时薄膜的摩擦因数高于常温的;薄膜的主要磨损机理是磨粒磨损。 展开更多
关键词 WCN复合膜 反应磁控溅射 微观结构 显微硬度
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High-order maximum-principle-preserving and positivity-preserving weighted compact nonlinear schemes for hyperbolic conservation laws 被引量:3
16
作者 Lingyan TANG Songhe SONG Hong ZHANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2020年第1期173-192,共20页
In this paper,the maximum-principle-preserving(MPP)and positivitypreserving(PP)flux limiting technique will be generalized to a class of high-order weighted compact nonlinear schemes(WCNSs)for scalar conservation laws... In this paper,the maximum-principle-preserving(MPP)and positivitypreserving(PP)flux limiting technique will be generalized to a class of high-order weighted compact nonlinear schemes(WCNSs)for scalar conservation laws and the compressible Euler systems in both one and two dimensions.The main idea of the present method is to rewrite the scheme in a conservative form,and then define the local limiting parameters via case-by-case discussion.Smooth test problems are presented to demonstrate that the proposed MPP/PP WCNSs incorporating a third-order Runge-Kutta method can attain the desired order of accuracy.Other test problems with strong shocks and high pressure and density ratios are also conducted to testify the performance of the schemes. 展开更多
关键词 hyperbolic conservation law maximum-principle-preserving(MPP) positivity-preserving(PP) weighted compact nonlinear scheme(wcns) finite difference scheme
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New optimized flux difference schemes for improving high-order weighted compact nonlinear scheme with applications 被引量:2
17
作者 Shichao ZHENG Xiaogang DENG Dongfang WANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2021年第3期405-424,共20页
To improve the spectral characteristics of the high-order weighted compact nonlinear scheme(WCNS),optimized flux difference schemes are proposed.The disadvantages in previous optimization routines,i.e.,reducing formal... To improve the spectral characteristics of the high-order weighted compact nonlinear scheme(WCNS),optimized flux difference schemes are proposed.The disadvantages in previous optimization routines,i.e.,reducing formal orders,or extending stencil widths,are avoided in the new optimized schemes by utilizing fluxes from both cell-edges and cell-nodes.Optimizations are implemented with Fourier analysis for linear schemes and the approximate dispersion relation(ADR)for nonlinear schemes.Classical difference schemes are restored near discontinuities to suppress numerical oscillations with use of a shock sensor based on smoothness indicators.The results of several benchmark numerical tests indicate that the new optimized difference schemes outperform the classical schemes,in terms of accuracy and resolution for smooth wave and vortex,especially for long-time simulations.Using optimized schemes increases the total CPU time by less than 4%. 展开更多
关键词 optimization flux difference weighted compact nonlinear scheme(wcns) resolution spectral error
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非稳态Hamilton-Jacobi方程的7阶加权紧致非线性格式
18
作者 胡迎港 蒋艳群 黄晓倩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3203-3214,共12页
Hamilton-Jacobi (HJ)方程是一类重要的非线性偏微分方程,在物理学、流体力学、图像处理、微分几何、金融数学、最优化控制理论等方面有着广泛的应用.由于HJ方程的弱解存在但不唯一,且解的导数可能出现间断,导致其数值求解具有一定的难... Hamilton-Jacobi (HJ)方程是一类重要的非线性偏微分方程,在物理学、流体力学、图像处理、微分几何、金融数学、最优化控制理论等方面有着广泛的应用.由于HJ方程的弱解存在但不唯一,且解的导数可能出现间断,导致其数值求解具有一定的难度.本文提出了非稳态HJ方程的7阶精度加权紧致非线性格式(WCNS).该格式结合了Hamilton函数的Lax-Friedrichs型通量分裂方法和一阶空间导数左、右极限值的高阶精度混合节点和半节点型中心差分格式.基于7点全局模板和4个4点子模板推导了半节点函数值的高阶线性逼近和4个低阶线性逼近,以及全局模板和子模板的光滑度量指标.为避免间断附近数值解产生非物理振荡以及提高格式稳定性,采用WENO型非线性插值方法计算半节点函数值.时间离散采用3阶TVD型RungeKutta方法.通过理论分析验证了WCNS格式对于光滑解具有最佳的7阶精度.为方便比较,经典的7阶WENO格式也被推广用于求解HJ方程.数值结果表明,本文提出的WCNS格式能够很好地模拟HJ方程的精确解,且在光滑区域能够达到7阶精度;与经典的同阶WENO格式相比, WCNS格式在精度、收敛性和分辨率方面更优,计算效率略高. 展开更多
关键词 HAMILTON-JACOBI方程 7阶wcns WENO插值 高分辨率 间断捕捉能力
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DLR-F6翼身组合体的高阶精度数值模拟 被引量:12
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作者 王运涛 孙岩 +2 位作者 王光学 张玉伦 李伟 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2923-2929,共7页
基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS)和剪切应力输运(SST)两方程湍流模型,开展了DLR-F6翼身组合体的高阶精度数值模拟研究。主要目的是确认WCNS模拟跨声速典型运输机构... 基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS)和剪切应力输运(SST)两方程湍流模型,开展了DLR-F6翼身组合体的高阶精度数值模拟研究。主要目的是确认WCNS模拟跨声速典型运输机构型的能力。采用粗、中、细3套网格开展了网格收敛性研究,从气动特性、压力分布、表面流态等方面研究了网格密度对DLR-F6翼身组合体气动特性的影响;采用中等网格开展了来流迎角对气动特性的影响研究。通过与试验数据、CFL3D软件和TRIP软件计算结果的对比,表明网格密度主要影响激波位置和压差阻力系数,同时对翼身结合部分离区大小有一定影响;采用高阶精度计算方法显著提高了气动力系数的模拟精度,力矩系数数值模拟结果与试验的差异有待进一步分析。 展开更多
关键词 RANS方程 wcns 流场模拟 网格密度 气动特性
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DLR-F6/FX2B翼身组合体构型高阶精度数值模拟 被引量:6
20
作者 王运涛 孟德虹 +2 位作者 孙岩 张玉伦 李伟 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期484-490,共7页
基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS)和剪切应力输运(SST)两方程湍流模型,开展了DLR-F6和DLR-F6_FX2B2种翼身组合体构型的高阶精度数值模拟,计算外形来自AIAA第三届阻... 基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS)和剪切应力输运(SST)两方程湍流模型,开展了DLR-F6和DLR-F6_FX2B2种翼身组合体构型的高阶精度数值模拟,计算外形来自AIAA第三届阻力预测研讨会。主要目的是确认WCNS模拟跨声速典型运输机构型和预测局部构型变化引起的气动特性变化量的能力。在固定升力系数条件下,采用粗、中、细3套网格开展了网格收敛性研究,从气动力系数、压力系数分布、表面流态等方面研究了网格规模对DLR-F6和DLR-F6_FX2B翼身组合体数值模拟结果的影响;采用中等网格开展了来流迎角对2种翼身组合体气动特性的影响研究。通过与National Transonic Facility(NTF)的试验结果和CFL3D的计算结果对比,表明采用高阶精度计算方法得到了网格收敛的数值模拟结果,较好地模拟了DLR-F6翼身组合体局部修型引起的微小气动特性变化和翼身结合部流动特性的差异。 展开更多
关键词 RANS方程 wcns 流场模拟 网格密度 气动特性
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