求解可压缩Navier-Stokes方程的高分辨率熵相容格式

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随着计算机技术和数值计算方法的快速发展,数值模拟已成为研究计算流体力学的一个重要手段。在非线性双曲守恒律方程中,即使初始条件十分光滑,其解也可能出现间断,即激波的形成。很多数值方法的设计原则就是为了能够获得良好的激波捕捉效果。本文将从热力学第二定律的物理意义出发,以熵守恒/熵稳定/熵相容格式研究为基础,得到一种新的高分辨率熵相容格式,并把此格式推广到Navier-Stokes方程,具体内容如下:  首先介绍相关的研究背景和一些数值方法,为下面的研究做铺垫。  详细介绍熵守恒/熵稳定/熵相容格式的构造理论和方法。在Tadmor二阶精度熵守恒的基础上,添加数值粘性项,并引入熵增的概念。当熵增小于零时,此时格式变为一阶精度的熵稳定格式,保证了数值解的熵变化为耗散的正确方向和消除振荡;当熵增小于零且能够达到激波强度的立方阶的量级,此时格式变为一阶精度的熵相容格式。  以构造TVD格式的思想为基础,在熵相容的基础上,添加通量限制器,使其格式变为高分辨率的。以Burger方程和Euler方程为研究对象,并对其数值结果进行分析和讨论,说明此格式的高分辨率的特性。  把上述格式推广到Navier-Stokes方程的数值求解方法中,Navier-Stokes方程是流体力学中描述粘性牛顿流体的方程,它不属于双曲守恒律方程,但是当它的右端项都为0时,此时的Navier-Stokes方程就变成了Euler方程。数值结果表明,这样的做法是可行的,推广后的新格式适用于求解Navier-Stokes方程,并具有强稳定性和无振荡性。
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