高阶精度 DG/FV 混合方法在二维粘性流动模拟中的推广  

Applications of high order hybrid DG/FV methods for 2D viscous flows

作　　者：李明[1] 刘伟[2,1] 张来平[2,1] 张涵信[1] 

机构地区：[1]中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所,四川绵阳621000 [2]空气动力学国家重点实验室,四川绵阳621000

出　　处：《空气动力学学报》2015年第1期17-24,30,共9页Acta Aerodynamica Sinica

基　　金：国家自然科学基金(91130029,11402290)

摘　　要：DG／FV 混合方法因其具有紧致性、易于推广至高阶及相比同阶 DGM 计算量、存储量小等优点，已成功应用于一维／二维标量方程和 Euler 方程的求解。在此基础上，将该方法推广于二维三角形／矩形混合网格上的 Navier-Stokes 方程数值模拟，将格式形式精度提高至4～5阶。物理量的空间重构及离散使用 DG／FV 混合重构方法；无粘通量计算采用 Roe 格式；粘性通量计算采用 BR2格式；时间方向离散采用高阶显式 R-K 方法或隐式方法。利用该方法计算了有解析解的 Couette 流动问题以验证几种格式的数值精度阶，并计算了层流平板流动和定常、非定常圆柱绕流问题等经典算例。计算结果表明 DG／FV 混合方法达到了设计的精度阶，在较粗的网格上亦能得到高精度的计算结果；定性分析和数值结果表明相比同阶 DG 方法单步计算量减少约40％。A concept of ‘static reconstruction’and ‘dynamic reconstruction’had been intro-duced for higher-order （third-order and higher）numerical methods in our previous work.Based on this concept,a class of hybrid DG/FV methods had been developed for the scalar equations and Euler equations on triangular and Cartesian/triangular hybrid grids.In this paper,the hybrid DG/FV methods are extended to 2D Navier-Stokes equations on triangular and Cartesian/triangu-lar hybrid grids.The BR2 scheme is employed to discretize the viscous terms.The numerical ac-curacy is validated by some typical test cases,including the Couette flow,laminar flows over a plate and a cylinder.The accuracy study shows that the hybrid DG/FV method achieves the de-sired order of accuracy,and they can capture the flow structure accurately.Qualitative analysis and numerical applications demonstrate that they can reduce the CPU time greatly than the tradi-tional DG method with the same order of accuracy.

关 键 词：非结构/混合网格 间断 GALERKIN 方法 有限体积方法 DG/FV 混合方法 Navier-Stokes 方程 

分 类 号：O241[理学—计算数学]