A coupled implicit-explicit time integration method for compressible unsteady flows
本文讨论了两个时间积分方案，显式时间积分的Heun的计划和隐式时间积分的二阶Crank-Nicolson计划，可以在空间上耦合。这种耦合是在工业环境中进行耦合大涡模拟/ Reynolds平均Navier-Stokes计算的先决条件，在LES区域中使用边界层（RANS）的隐式时间程序和显式时间积分程序。耦合过程的目的是为了尽可能快地从显式切换到隐式时间积分，同时保持稳定性。在介绍了不同的计划，本文提出了初始耦合程序改编自出版的参考，并表明它可以放大一些数值波。另一种方法，在耦合的时间/空间框架中研究，被证明是稳定的，并与工业应用的要求与光谱特性。耦合技术进行了验证与标准的测试用例，从一维到三维流。
2019-04-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Blast wave induced unsteady flow at the shock tube opening
本研究利用开口激波管在马赫数1.2-1.8范围内产生爆炸波，详细探究了管口非定常可压缩流动，发现并记录了反向激波等未报告的瞬态特征。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Efficient discontinuous Galerkin implementations and preconditioners for implicit unsteady compressible flow simulations
University of Michigan（密歇根大学）；Polytechnic University of Marche（马尔凯理工大学）
本文提出并比较了高阶不连续Galerkin方法的高效实现，包括基于模态的无矩阵不连续Galerkin方法、混合型不连续Galerkin方法及其原始形式，用于非稳压缩流的隐式求解。无矩阵实现减少了隐式时间准确离散化求解器的内存占用。HDG通过静态凝聚元素内部自由度，将全局耦合自由度减少到相对DG的高阶情况。原始形式进一步通过消除梯度作为独立未知数来减少元素内部自由度。本文介绍了用于这些离散化的p-多网格预条件子实现，并展示了各种流体问题的结果。对于刚性系统（如低马赫数高阶近似产生的系统），p-多网格策略相比更简单、成本更低的预条件子显示出优势。此外，p-多网格预条件子在并行计算中表现出色，无矩阵/减少版本的预条件子在速度和内存方面也有额外节省。
2018-12-12 cs.CE cs.NA math.NA
Calibration of projection-based reduced-order models for unsteady compressible flows
在这项工作中的降阶模型（ROM）的校准分析。Galerkin和最小二乘Petrov-Galerkin（LSPG）方法进行了测试可压缩流涉及的时间尺度的差异。针对LSPG方法提出了一种新的标定策略，并对两个测试用例进行了分析。第一种包括亚音速翼型流，其中边界层不稳定性是后缘噪声产生的原因，第二种包括具有瞬态周期的超音速翼型流，其中分离激波在后缘处发生激波-涡流相互作用的同时向上游传播。结果表明，校准产生稳定和长期准确的两种情况下。为了减少LSPG模型的计算量，采用加速贪婪缺失点估计（MPE）算法进行超约简。对于第一种情况，超约化得到的LSPG解与全阶模型得到的LSPG解有很好的比较。然而，对于超音速的情况下，流动的瞬态特征需要适当地捕获的采样点。否则，运动冲击波的动力学不能完全恢复。不同的时间推进计划的影响也进行了评估，不同的文献中报道，Galerkin模型被证明是更准确的比LSPG计算时，非保守形式的纳维-斯托克斯方程求解。对于超音速情况，Galerkin和LSPG模型（无超简化）捕捉了沿翼型的分离和斜激波的总体动力学。然而，当激波-涡相互作用发生在后缘时，Galerkin ROM能够捕获来自涡脱落的高频波动，而LSPG呈现出更多的耗散解，不能恢复流动动力学。
2020-08-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady adjoint of pressure loss for a fundamental transonic turbine vane
高保真模拟，例如，为了准确地预测在涡轮增压器应用中由于尾流混合引起压力损失，通常需要大涡模拟。这种高保真度模拟的非定常伴随对于这些空气动力学应用中的设计优化是有用的。在本文中，我们提出了非定常伴随解决方案，使用大涡模拟模型的VKI叶片使用气动目标。非定常伴随方法在捕获短时间间隔气动热目标的梯度方面是有效的，而该方法在捕获长时间平均热目标时提供了发散梯度。由于叶片后缘附近吸力面的边界层是湍流，这对伴随求解器提出了挑战。混沌动力学导致伴随的解决方案，从后缘区域按指数发散时，解决时间向后。这导致从伴随解获得的灵敏度的腐败。非定常可压缩Navier-Stokes伴随方程的能量分析表明，添加人工粘性的伴随方程可以潜在地耗散伴随能量，同时潜在地保持伴随灵敏度的精度。分析伴随能量的增长项提供了用于识别流中伴随项发散的区域的度量。从泰坦超级计算机上进行的模拟叶片的结果证明。
2015-11-22 physics.flu-dyn
Implicit high-order gas-kinetic schemes for compressible flows on three-dimensional unstructured meshes II: unsteady flows
针对非定常模拟受局部网格尺寸制约、全局时间步长过小的问题，提出两阶段三阶隐式时间精确 HGKS，并结合 WENO/HWENO 重构，在保持精度的同时提升大网格尺寸变化情形下的效率。
2024-03-01 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Shocks Under Control: Taming Transonic Compressible Flow over an RAE2822 Airfoil with Deep Reinforcement Learning
Aerospace Engineering Department, Worcester Polytechnic Institute（航空航天工程系，沃斯特理工学院）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（航空航天工程系，密歇根大学）
针对Re=50,000时二维RAE2822翼型跨音速激波-边界层相互作用的主动流动控制问题，本文采用深度强化学习（DRL）结合高保真CFD求解器，通过合成射流作动器有效缓解激波诱导分离、抑制振荡并提升气动力性能。
2025-11-10 cs.LG physics.flu-dyn
Continuous and discontinous compressible flows in a converging-diverging channel solved by physics-informed neural networks without data
本文首次利用无数据物理信息神经网络，通过调整损失函数权重，直接求解渐缩-渐扩喷管中由欧拉方程描述的连续与不连续可压缩流动，并准确获得不同压力比下的多分支稳态与非稳态解。
2023-07-06 physics.flu-dyn
Numerical simulations of unsteady viscous incompressible flows using general pressure equation
在流体动力学中，一个重要的问题与流体压力的知识有关。近年来，人们提出了另一种研究不可压缩流体流动的方法。该方法采用了从可压缩纳维-斯托克斯方程导出的通用压力方程。本文考虑了GPE，并与Chorin的人工压缩性方法（ACM）和熵阻尼人工压缩性方法（EDAC）进行了比较。三种方法均采用交错网格离散，空间上采用二阶中心差分格式，时间上采用三阶龙格-库塔格式。实现了三种测试用例：二维泰勒-格林涡流、行波和双周期剪切层。它表明，GPE是准确和有效的捕捉正确的行为，非定常不可压缩流。GPE的数值结果与ACM、EDAC和经典的Poisson方程有限体积法的数值结果吻合得很好。此外，GPE收敛性优于ACM收敛性。建议的一般压力方程（GPE）允许解决一般的，时间精确的，不可压缩的Navier-Stokes流。最后，在马赫数和普朗特数方面实现的参数研究表明，速度发散可以由任意的最大值限制，声波可以被阻尼。
2020-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressibility Effects on Leading-Edge Dynamic Stall Criteria at High Reynolds Number
Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究发现，在高马赫数下，前缘动态失速判据的预测准确性下降，需修改以适应压缩流场中的强激波影响。
2025-12-29 physics.flu-dyn
On coherent structures in the compressible turbulent round jet
本文采用接近LES的半确定性建模方法模拟三种马赫数下的可压缩自由圆射流，揭示相干结构演化，并通过优选模态Strouhal数验证结果。
2018-09-13 physics.flu-dyn
Simulating unsteady fluid flows on a superconducting quantum processor
该研究利用超导量子处理器，基于薛定谔方程流体力学形式的哈密顿模拟算法，实验实现了对二维非定常流动的数字模拟，展示了量子计算在模拟复杂流体动力学方面的实用潜力。
2024-04-24 physics.flu-dyn quant-ph
MFC: An open-source high-order multi-component, multi-phase, and multi-scale compressible flow solver
MFC是一个开源工具，用于求解多组分、多相和气泡可压缩流。它能够有效地解决广泛的流动，包括液滴雾化，激波-气泡相互作用和气泡空化。我们提出了5-和6-方程的vaprically-consistent扩散界面模型，我们用来处理这样的流量，这是耦合到高阶界面捕获方法，HLL型黎曼求解器，和TVD时间积分方案，能够模拟非定常流与强冲击。数值方法是在一个灵活的，模块化的框架，适合未来的发展。我们采用的方法进行了验证，通过比较激波气泡，激波液滴，和激波水柱相互作用问题的实验结果，并验证是免费的寄生振荡的材料界面平流和气液黎曼问题。对于光滑解，如等熵涡的平流，该方法被验证是高阶精度。说明性的例子，涉及冲击气泡血管壁和声气泡网的相互作用被用来证明MFC的全部功能。
2019-07-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamic Mode Decomposition of High Reynolds Number Supersonic Jet Flows
当前的设计约束鼓励了可压缩射流周围的气动声场的研究。本文对非定常湍流喷流进行了数值研究，为将来主发动机火箭羽流的气动声学分析作了准备。为了再现可压缩射流的高保真度结果，使用了内部大涡模拟工具。大涡模拟公式采用二阶有限差分空间离散数值格式。对理想膨胀射流进行了数值模拟，并与文献结果进行了比较。动态模式分解（DMD）的射流，使用大尺寸的三维快照，进行。分析了三个变量，即速度大小、涡度大小和速度散度。特别是，确定了两个频率，它们与文献中其他作者进行的实验中观察到的流动结构有关。文中还讨论了相应动力学模态的空间形状。
2023-01-12 physics.flu-dyn
Dynamic Transition From Mach to Regular Reflection Over a Moving Wedge
马赫反射（MR）和规则反射（RR）现象之间的过渡影响着超声速和高超声速吸气式飞行器的设计。本研究的目的是数值研究二维楔形体上非定常超声速流动从MR到RR的动态转变。在自由流马赫数为$3$时，楔形体后缘以速度$V(t)$沿$x$ -方向向下游移动。一个非定常可压缩无粘流求解器被用来模拟的现象。此外，任意拉格朗日-欧拉（ALE）技术被应用到变形的网格在楔运动。从MR到RR的动态转变由两个标准定义，音速和冯-诺依曼。此外，在[0.1-2]的范围内，使用各种约化频率$κ$来研究从稳态条件的动态转变中的滞后。在约化频率、$κ=1.5$和$2.0$的高值处，冲击系统中的滞后效应是显著的。此外，由于激波在楔形体快速运动时向上游弯曲，因此从MR到RR的转变发生在双解域（DSD）之下。
2023-02-28 physics.flu-dyn
Dynamic Transition From Regular to Mach Reflection Over a Moving Wedge
规则反射（RR）和马赫反射（MR）现象之间的过渡影响着超声速和高超声速吸气式飞行器的设计。本文的目的是数值研究二维楔形体上非定常超声速流从RR到MR的动态转变，楔形体的后缘在自由流马赫数为$M_{\infty}=3$时沿$x$方向以速度$V(t)$向上游运动。使用非定常可压缩无粘流求解器进行模拟，该求解器在开源CFD工具OpenFOAM \textsuperscript{\textregistered}中实现。此外，通过移动网格边界，执行任意拉格朗日-欧拉（ALE）技术来应用楔形运动。此外，声波和分离标准被用来定义从RR到MR的动态过渡过程中的楔角的增加。不同的约化频率，$κ$，在$[0.1-2]$的范围内的移动楔被施加到研究的滞后动态过渡从稳态条件。结果表明，$κ=0.4$的临界值区分了从RR到MR的快速和渐进滞后。此外，由于激波在楔形体快速运动期间向下游弯曲，从RR到MR的过渡发生在双解域（DSD）之上。
2023-02-28 physics.flu-dyn
Deep Learning Surrogates for Gas Dynamics: A Physics-Informed Pedagogical Approach
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文提出利用深度学习生成高精度代理模型，用于解决气体动力学中的五个经典问题，通过物理指导的特征工程提升教学效果。
2025-12-09 physics.ed-ph physics.flu-dyn
Influence of Different Subgrid Scale Models in LES of Supersonic Jet Flows
当前的设计约束鼓励了可压缩射流周围的气动声学场的研究。本文对亚网格尺度非定常湍流射流的数值模拟进行了研究，为今后主发动机火箭羽流的气动声学分析奠定了基础。为了再现可压缩射流流场的高保真度结果，开发了一种内部大涡模拟（LES）工具。在本研究中，考虑了完全膨胀的射流，因为作者想强调射流混合现象的影响。大涡模拟公式是用有限差分法编写的，具有显式时间积分和二阶空间离散。能量方程被仔细离散，以模拟过滤的Navier-Stokes公式的能量方程。经典的Smagorinsky模型，动态Smagorinsky模型和Vreman模型是本工作所选择的亚网格尺度闭合。为了验证和比较求解器中每个子网格闭合的性能，对完全膨胀射流进行了数值模拟，并与文献进行了比较。
2023-01-02 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulations of Supersonic Jet Flows for Aeroacoustic Applications
当前的设计约束鼓励了可压缩射流周围的气动声学场的研究。本文对主发动机火箭羽流的非定常湍流喷流进行了数值研究。发展了一种新的大涡模拟（LES）工具，用于再现可压缩喷流的高保真度结果，为Ffowcs Williams和Hawkings方法的气动声学研究提供了依据。数值求解器是一个现有的雷诺平均Navier-Stokes求解器以前开发的组的升级。原始框架以现代方式重写，并在代码中添加了密集的并行计算能力。LES制定使用有限差分法。能量方程被仔细离散，以模拟过滤的Navier-Stokes公式的能量方程。经典的Smagorinsky模型是目前的工作所选择的亚网格尺度封闭。为了验证新的求解器，进行了完全膨胀射流的数值模拟，并与文献进行了比较。此外，加速比和计算性能的代码进行了评估和讨论。流场结果用于对火箭羽流辐射噪声的初步评价。
2022-12-23 physics.flu-dyn
Investigation of Aeroacoustics and In-flight Particle Transport in Thermal Spray Supersonic Jets
Concordia University（康考迪亚大学）
本文通过分析与数值方法结合，研究热喷涂超音速喷射中气动声学与飞行粒子传输，揭示操作条件变化对喷射不稳定性及混合的影响，并提出非侵入式监测与控制方法。
2026-03-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Combustion Dynamics of Ten-injector Rocket Engine Using Flamelet Progress Variable
本研究针对十喷注器火箭发动机燃烧不稳定性，基于OpenFOAM开发代码，采用FPV模型与DES开展数值模拟，确定压力修正幂律，对比OSK模型的燃烧模态差异，分析多物理量耦合并初步研究喷注器共振。
2023-07-20 physics.flu-dyn
