Wave-Appropriate Reconstruction of Compressible Multiphase and Multicomponent Flows: Fully Conservative and Semi-Conservative Eigenstructures
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出适用于压缩多相和多组分流的完全保守和半保守特征结构，通过重构原始或特征变量以准确表示界面，避免非物理压力振荡，同时揭示剪切波与热力学和界面场的解耦特性。
2026-09-07 physics.flu-dyn
A meshless method for compressible flows with the HLLC Riemann solver
HLLC Riemann解算器可以同时解决激波和接触不连续性问题，是计算流体动力学界研究可压缩流动问题的常用网格方法。虽然它被报道用于无网格方法，关键的信息和程序，以实现这一计划的框架内的无网格方法没有得到充分澄清。此外，无网格HLLC求解器处理可压缩液体流动的能力还不完全清楚，因为很少有相关的研究报告。因此，在这项研究中，进行了全面的调查维非分裂HLLC黎曼解的最小二乘无网格方法。采用加强气体状态方程使该方法能够有效地处理单相气体和/或液体，而直接将理想气体状态方程应用于可压缩液体流动可能会遇到很大的困难，在关联状态变量。欧拉方程的空间导数由最小二乘近似计算，通量项由HLLC格式在维非分裂模式中计算。完成了气液激波管、圆柱运动激波、通道内超声速流动和翼型跨音速外流场的数值模拟。目前的方法是通过广泛的比较所产生的数值结果与各种可用的数据，如精确解，有限体积网格法的结果，实验测量或其他参考结果进行验证。
2014-02-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Arbitrary-rate relaxation techniques for the numerical modeling of compressible two-phase flows with heat and mass transfer
本文采用单速六方程流动模型描述可压缩两相流动，该模型由相质量方程、相总能量方程、相体积分数方程和混合物动量方程组成。该模型包含松弛源项占体积，热量和质量传递。方程数值求解通过分步算法，在那里我们交替的解决方案之间的均匀双曲线部分的系统通过一个HLLC型波传播计划，和解决方案的序列的三个系统的常微分方程的松弛源项驱动流向机械，热和化学平衡。在文献中，数值松弛过程通常是基于简化的假设，即简单的状态方程，如加劲气体方程和瞬时松弛过程。流动物理学的这些简化可能不足以描述各种流动问题所涉及的热力学过程。在目前的工作中，我们引入了新的数值松弛技术，具有两个重要的属性：描述任意松弛时间的传热传质过程的能力，以及对一般状态方程的适用性。我们提出了几个数值实验所提出的方法的有效性。
2021-08-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A positivity-preserving Eulerian two-phase approach with thermal relaxation for compressible flows with a liquid and gases
提出了一种求解由刚性气体状态方程控制的、含有任意数量理想气体和液体的四方程齐次松弛模型（HRM）的保正分数阶算法。分数阶算法由Allaire等人的双曲五方程模型的时间步长和无限松弛速率下的代数数值热松弛步长组成。插值和通量限制器提出了使用高阶笛卡尔有限差分或有限体积格式的一般形式，使部分密度和平方声速的积极性，以及体积分数和质量分数的有界性，保留与算法。该算法还保证了四方程HRM的保守解更新，这对于某些应用例如具有相变的应用是有利的。通过数值试验，证明了该算法的精度和鲁棒性，该算法采用了高阶显式有限差分加权紧致非线性格式（WCNS），并采用了增量模板加权基本无振荡（WENO）插值。
2022-12-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A positivity-preserving high-order weighted compact nonlinear scheme for compressible gas-liquid flows
本文提出了一种鲁棒、高精度、高效率的保正有界扩散界面方法，用于Allaire等人提出的五方程模型下的可压缩气液两相流的数值模拟，该方法采用显式的高阶有限差分加权紧致非线性格式（WCNS）。气体和液体的状态方程分别由理想气体和硬化气体定律给出。在对气体和液体比热之比的相对大小作一个较温和的假设下，我们可以构造具有一阶Harten-Lax-van Leer接触（HLLC）通量的五阶增量模板WCNS（WCNS-IS）的极限过程，使得在解中可以保证正的部分密度和平方声速，以及有界的体积分数和质量分数.对于五方程模型中的所有守恒方程，极限方法都是离散守恒的，并且也可以很容易地推广到任何其他守恒的有限差分或有限体积格式。用液态水和空气的数值试验表明，即使在极端条件下，WCNS-IS的正性和边界保持限制器的鲁棒性和高精度。
2021-02-10 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
A structure-preserving staggered semi-implicit finite volume scheme for continuum mechanics
针对连续介质力学统一的一阶双曲型方程，提出了一种新的基于压力的保结构（SP）和保拟渐近（AP）交错半隐式有限体积格式.该统一模型是基于双曲-双曲和双曲相容（SHTC）系统的理论，包括在非线性大应变状态下的弹性和弹塑性固体以及粘性和非粘性导热流体的描述，这对应于该模型的刚性松弛极限。在不存在松弛源项的情况下，齐次偏微分方程系统被赋予了两个定常线性微分约束（对合），这两个约束要求畸变场的旋度和热脉冲的旋度始终为零.在刚性松弛极限下，统一模型渐近趋于可压缩纳维-斯托克斯方程。本文提出的新的保结构格式可以被证明是完全无旋的齐次部分的偏微分方程系统，即在松弛源项的情况下。我们还证明了该计划是拟渐近保持在刚性松弛极限，在这个意义上，数值计划减少到一个一致的二阶精度离散的可压缩纳维-斯托克斯方程时，松弛时间趋于零。最后，由于格式的保守性和压力项的隐式离散，该格式适用于所有马赫数流动的模拟。
2020-11-04 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Data-Free Finite-Volume Convolutional Neural Networks for Steady Compressible Euler Flow around a Circular Cylinder
Tokio Marine dR Co., Ltd.（东京海上日动株式会社）
本文提出无数据PINN方法，通过马赫引导缩放和混合卷积解决可压缩流体问题，实现高马赫数下的稳定性和物理准确性。
2026-10-22 cs.AI physics.flu-dyn
Wave or Physics-Appropriate Multidimensional Upwinding Approach for Compressible Multiphase Flows
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种多维算法，利用特征空间中欧拉方程的波结构和物理空间中变量的物理性质，通过不同重建方案增强准确性并减少数值伪影。
2025-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Space-time adaptive ADER-DG finite element method with LST-DG predictor and a posteriori sub-cell WENO finite-volume limiting for simulation of non-stationary compressible multicomponent reactive flows
本研究提出带有限体积ADER-WENO限制器子单元后验校正的时空自适应ADER-DG有限元方法，通过拓展欧拉方程组描述多组分反应，采用自适应时间步长，可无需方向分裂与分数步方法模拟非定常可压缩多组分反应流，已验证ZND爆轰波经典问题。
2024-09-16 cs.NA math.AP math.NA
Grid-agnostic volume of fluid approach with interface sharpening and surface tension for compressible multiphase flows
The State University of New York at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）
本文提出了一种与网格无关的体积分数方法，结合界面锐化和表面张力，用于模拟可压缩多相流，验证了其在界面收敛和液滴破裂方面的有效性。
2026-03-04 math-ph math.MP physics.flu-dyn
An effective preconditioning strategy for volume penalized incompressible/low Mach multiphase flow solvers
本文提出一种基于投影方法的预处理策略，通过将惩罚项纳入压力 Poisson 方程实现惩罚力隐式处理，解决了体积惩罚法中惩罚因子过大导致的数值刚性问题，并在单相及多相流固耦合问题中验证了二阶精度和鲁棒性。
2023-06-23 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Generalised Mixing-Plane Method for Compressible Reacting-Mixture Flows in Steady Multiphysics Turbomachinery Simulations
School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学航空航天学院）；Wuhan Second Ship Design and Research Institute（武汉第二船舶设计研究所）
本文提出一种广义混合平面方法，通过嵌套压力根搜索与焓反演算法处理可压缩反应流，实现整机涡轮机械模拟中热力学一致的界面耦合，误差低于0.11%。
2026-10-01 physics.comp-ph 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
Linear stability analysis of compressible boundary layer over an insulated wall: Existence of multiple new unstable modes for Mach number beyond 3
本研究首次将复合矩阵法应用于可压缩边界层线性空间稳定性分析，发现马赫数大于3时存在远多于已有报道的不稳定模态，其数量和频率范围随马赫数增大而增加，高阶不稳定模态特性为全新发现。
2024-01-30 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
A pressure-based method for weakly compressible two-phase flows under a Baer-Nunziato type model with generic equations of state and pressure and velocity disequilibrium
在扩散界面方法的框架内，我们推导出一个基于压力的Baer-Nunziato型模型，非常适合于弱可压缩多相流。该模型可以很容易地处理不同的状态方程，它包括由用户定义的有限参数，其驱动的压力和速度的每一个相的平衡特征在于松弛项。没有明确的声速概念，因此，大多数经典的低马赫数近似不容易在这种情况下进行。建议的解决方案包括两个运营商：一个半隐式有限体积求解器的双曲部分和ODE积分的松弛过程。由于双曲部分的声学项被隐式积分，时间步长上的稳定性条件被减弱。涉及体积分数梯度的非保守项的离散化通过构建压力和速度的非扰动条件来实现，以避免跨多材料界面的振荡。开发的模拟工具进行验证，通过一维模拟激波管和黎曼问题，涉及水铝和水-空气混合物，水和二氧化碳的汽液混合物，几乎纯流。数值结果与分析结果和参考结果相吻合，但不同冲击之间存在一些预期差异，但这些差异仍然可以接受（误差在几个百分点以内）。所有测试都是在声学CFL数大于1的情况下进行的，即使CFL大于10，也没有出现稳定性问题。研究了不同松弛参数值和不同数量状态方程--刚性气体和Peng-Robinson --的影响。
2022-05-23 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Positivity-preserving and entropy-bounded discontinuous Galerkin method for the chemically reacting, compressible Euler equations. Part I: The one-dimensional case
针对一维化学反应可压缩欧拉方程，拓展了保压平衡的高阶间断Galerkin方法，结合算子分裂与熵稳定技术实现保正、熵有界与完全守恒，经测试可有效抑制大尺度非线性不稳定性。
2022-12-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A seven-equation diffused interface method for resolved multiphase flows
七方程模型是一个可压缩的多相配方，允许相位速度和压力不平衡。这些方程求解使用扩散界面法，模型解决多相流。提出了新的扩展，包括表面张力，粘度，多物种，和反应的影响。七方程模型中允许的压力不平衡提供了强冲击的数值稳定性，并允许任意和独立的状态方程。离散方程法（DEM）模拟通量。我们表明，即使僵硬的压力和速度松弛求解器已被使用，他们是不需要的DEM，因为非保守的通量准确建模。界面压缩格式控制了界面的数值扩散，并讨论了其对解的影响。通过算例验证了该方法的有效性和适用性。它们包括多相激波管，通过材料界面的冲击传播，表面张力驱动的振荡液滴，在粘性介质中的加速液滴，和冲击爆轰与变形液滴相互作用。仿真结果进行了比较，对精确的解决方案和实验时，可能的。
2022-04-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Conservative Discontinuous Galerkin Discretization for the Chemically Reacting Navier-Stokes Equations
我们提出了一个详细的描述和验证的间断Galerkin有限元方法（DG）的多组分化学反应可压缩纳维-斯托克斯方程，保留了理想的性能DG，即离散守恒和高阶精度在光滑区域的流动。通过对热力学模型和所得到的弱形式的一致评价以及节点基的适当选择，保持相邻单元之间的压力平衡。因此，离散化不会在流动的平滑区域或温度连续的材料界面处产生非物理压力振荡。此外，我们提出了一个hp-自适应DG方法求解系统的常微分方程，DGODE，这是用来解决由于僵硬的化学反应的物种浓度的时间演变。耦合求解器适用于几个具有挑战性的测试问题，包括多组分冲击流以及化学反应爆炸，爆燃，剪切流与详细的动力学。我们证明，离散化不会产生非物理的压力振荡，并在适用时，我们验证它保持离散守恒。求解器还示出再现预期的温度和物种分布在整个爆轰以及预期的二维细胞爆轰结构。我们还表明，求解器可以产生准确的，高阶的，近似的温度和物种的配置文件，而无需人工稳定的情况下，一维预混火焰。最后，高阶解决方案的二维和三维多组分化学反应剪切流，计算没有任何额外的稳定，提出。
2020-05-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
