一种适用于非结构网格的间断Galerkin有限元LU-SGS隐式方法

具有TVD性质的显式Runge-Kutta间断Galerkin(RKDG)格式在CFD领域得到广泛应用,但是显式计算稳定性差、计算效率低。为改善时间推进效率,基于高阶间断Galerkin有限元方法,采用欧拉一阶后差(BDF1),发展了一套高效的隐式LU-SGS(lower upper-symmetric Gauss-Seidel)求解方法,方法基于MPI并行实现,适合于不同计算精度。针对非线性系统左端项矩阵,对比了简化前后LU-SGS的计算效率。建立的间断Galerkin有限元方法基于非结构网格,采用Taylor基函数,计算精度最高达到四阶精度。通过NACA0012翼型以及M6机翼算例对发展的LU-SGS方法进行了考察,与显式算法相比,隐式格式的迭代步数和CPU时间均较大程度减小,效率能够提高1个量级以上。最后将隐式算法用于复杂外形翼身组合体F4的流场计算,结果表明所发展的隐式方法具有较好的鲁棒性,能够用于复杂外形计算。     

隐式超松弛LU-SGS间断Galerkin算法

为了提高求解欧拉（Euler）方程和纳维-斯托克斯（NS）方程的计算效率,结合隐式时间离散格式研究了间断伽辽金有限元方法（DGM）.通过改进上下三角分解对称高斯赛德尔（LU-SGS）格式,引入舍入误差项,构造了超松弛内迭代LU-SGS离散格式,实现了非定常可压缩绕流流场的计算.通过Sod激波管问题、二维管道问题验证了算法的可靠性和准确性.数值计算了RAE2822翼型、ONERA M6机翼跨声速可压缩绕流问题,并与多步龙格库塔（RK）算法、LU-SGS算法和广义极小残余（GMRES）算法的计算结果进行了比较.结果表明,超松弛内迭代LU-SGS算法具有良好的稳定性和高效性,计算效率是LU-SGS格式的2.35~3.1倍,是RK格式的5.4倍.     

基于两相流欧拉方法的翼型结冰数值模拟

文章通过计算流体力学的方法对翼型结冰进行了预测。针对拉格朗日法求解水滴收集特性计算工作量太大的缺点,引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。结冰计算过程中网格采用变形网格技术得到,既保证了网格质量又减少了网格生成的工作量,采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解N-S及水滴运动方程。建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型。通过对NACA0012翼型霜冰和光冰的计算验证了该方法是有效的。     

基于二维非结构网格的GMRES隐式算法

将广义极小残差GMRES(Generalized Minimum RESidual)隐式算法应用到二维非结构网格上,并结合LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)方法对所求解方程组的残值向量进行预处理,发展了一套高效、可靠的二维Euler方程的求解器。NACA0012翼型和某四段翼型的2个算例,表明该隐式算法的计算效率要比传统的四步Runge-Kutta显式算法高出几十倍,与LU-SGS隐式算法的效率相比,该算法的效率高出近1个量级。应用了重启型的GMRES算法,并对2种构造系数Jacobian矩阵的方法进行了比较。     

解Maxwell-Dirac系统的显隐数值格式

显隐数值格式能计算一般初边界条件和复杂区域的Maxwell-Dirac系统。首先对系统中的Maxwell方程组使用显式差分方法离散;为了保证波函数的守恒性,对Dirac方程应用时间分裂方法进行分裂,并对分裂后的方程使用隐式差分离散。此数值格式在时间和空间方向均能达到二阶精度,并且理论上证明了数值格式的稳定性和数值解的守恒性。最后通过实例验证了该显隐数值格式的精度及守恒性等性质。     

粘性不可压缩三维流场分块算法研究

提出了重叠对接耦合分块方法即为隐式求解的块迭代方法．采用自主开发的三维粘性不可压缩流场计算程序对重叠对接与不重叠对接的流场分块求解方法进行了比较研究．并与他人的实验结果进行了比较．研究表明,两种算法均能获得收敛解,而利用重叠对接分块法的收敛性优于不重叠对接分块法．Schwarz迭代法用于重叠分块网格的区域解法,而Dirichlet-Neumann迭代法用于不重叠分块网格的区域分解法．像Abdallah方法一样,控制方程在非交错网格下离散．如果网格雷诺数大于2则在对流项中采用逆风格式．     

非结构网格特定条件下热传导的数值计算

用基元有限容积方法,在非结构化网格中离散和求解热传导方程,二阶迎风格式和全程隐式迭代求解稳态导热问题.在验证求解方法的算例中,结构化和非结构化网格同时采用,并且提供了3种非结构化网格(三角形网格、四边形网格和混合网格)的计算结果,同时用精确解与得到的数值解相比较.虽然两种网格形式都能得到满意的精确度结果,但对于非正交的非结构化网格,二次扩散项对提高精度是十分重要的.     

一类对流扩散方程组的差分格式与稳定性

提出了数值求解一类对流扩散方程组的一种两层隐式差分格式．采用von Neumann方法证明了格式是无条件稳定的,并且在每一时间层上只用到“和”的3个网格点．因此,只要计算分块3对角线性方程组即可．数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性．     

一种隐式时间算法在非结构混合网格粘性流动计算中的应用

进行了一种隐式时间算法在非结构混合网格求解粘性流场中的应用研究，采用计算量较小的中心有限体积格式对N-S方程进行空间离散，运用通量线性化假设和最大特征值方法进行雅可比矩阵分裂来实现隐式高斯-赛德尔时间迭代，并利用作者提出的自适应当地时间步长和隐式残值光顺等措施加速收敛。以M6机翼和DLR-F6带发动机短舱的翼身组合体2种外形的跨音速流场为数值算例，计算结果表明：改进的非结构混合网格粘性流场隐式求解算法具有精度好、效率高的特点，可用于激波——附面层干扰、飞行器部件干扰等多种复杂流动的计算。     

求解一维对流扩散反应方程的一种隐式差分格式

提出了数值求解一维非稳态对流扩散反应方程的一种隐式差分格式。首先将模型方程利用指数函数转化为对流扩散方程,构造它的差分格式,然后对差分方程的系数进行相应处理,并进行回代,得到对流扩散反应方程的隐式差分格式,其截断误差为O（τ2＋h2）,采用von Neumann方法证明了格式是无条件稳定的,并且由于每一时间层上只用到了3个网格点,所以可直接采用追赶法求解差分方程,数值结果显示了算法的有效性。