A consistent and conservative volume distribution algorithm and its applications to multiphase flows using Phase-Field models
在本研究中，多相体积分布问题，其中可以有任意数量的相位，是解决使用一致的和保守的体积分布算法。该算法满足求和约束、守恒约束和\textit{consistency of reduction} .体积分布算法的第一个应用是确定多相相场模型中的拉格朗日乘子，以执行质量守恒，并开发了满足\textit{consistency of reduction}的多相守恒Allen-Cahn模型。相应的一致和保守的数值格式的模式。多相守恒的Allen-Cahn模型比多相Cahn-Hilliard模型具有更好的保留欠分辨结构的能力。第二个应用程序是开发一个数值程序，称为有界映射，映射的序参量，从多相模型数值，到他们的物理区间，并在同一时间，以保持物理性质的序参量。在多相相场模型的一致和守恒格式下，得到了序参量的数值解是一致的、守恒的和有界的，并进行了理论分析和数值验证。然后，多相相场模型耦合的动量方程满足\textit{consistency of mass conservation}和\textit{consistency of mass and momentum transport}，由于一致的提法。它表明，所提出的模型和计划收敛到尖锐的界面解决方案，并能够捕捉复杂的多相动力学，即使有一个大的密度和/或粘度比。
2021-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A consistent and conservative Phase-Field method for compressible multiphase flows with the six-equation model
South China University of Technology（华南理工大学）
本研究将一致且守恒的相场方法扩展到六方程模型，推导了通用多相模型，分析了压力及压力-温度松弛，并通过基准测试验证了与精确解的良好一致性。
2026-09-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A conservative diffuse-interface method for compressible two-phase flows
本文提出了一种新的守恒扩散界面方法来模拟不可混溶可压缩两相流。所提出的方法离散地保持了系统的每个相的质量、动量和总能量。我们使用基线五方程模型，并提出界面正则化（扩散-锐化）条款，以这样的方式，所得到的模型保持保守的基本基线模型的属性，并让我们使用一个中心差分格式的离散化模型中的所有运营商，这导致了一个非耗散的实施，这是至关重要的湍流和声学的模拟。此外，所提出的模型的可证明的优势是：（a）该模型保持了体积分数场的有界性，这是两相流模拟的物理可实现性要求，（b）所提出的模型是这样的，体积分数场的输运固有地满足总变差减小性质，而不必添加任何破坏非变差的通量限制器，该方案的耗散性质，（c）在模型中提出的界面正则化项不会虚假地贡献系统的动能，因此不会影响数值模拟的非线性稳定性，以及（d）该模型符合热力学第二定律。最后，我们提出了使用该模型的数值模拟和评估（a）的准确性演变的接口形状，（b）实施表面张力的影响，（c）传播的声学和它们的相互作用与材料界面，（d）的准确性和鲁棒性的数值模拟方案的复杂的高雷诺数流，和（e）性能和可扩展性的方法。
2020-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A consistent and conservative diffuse-domain lattice Boltzmann method for multiphase flows in complex geometries
提出一种基于扩散域的相容且守恒格子玻尔兹曼方法，用于复杂几何中的多相流模拟，无需直接处理不规则边界条件，并通过数值实验验证了其准确性和高效性。
2023-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A conservative coupling method of sharp-interface and multi-species model for compressible reacting gas-liquid flows with phase change
School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design（飞机设计国家重点实验室）；Institute of Extreme Mechanics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学极端力学研究所）
本文提出一种适用于带相变和化学反应的可压缩两相多组分流动的保守耦合方法，通过扩展黎曼求解器并经多类数值测试验证，可解析相变与化学反应效应且保持保守界面耦合。
2026-09-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A conservative level-set method based on a posterior mass correction preserving distance property for incompressible multiphase flows simulations
水平集方法是目前最流行的界面捕捉方法之一，但其本质上是非保守的，其演化往往会导致非物理质量的增加或减少。本文提出了一种新的守恒水平集方法来模拟不可压缩多相流。后验质量校正是通过引入一个小扰动的水平集场，这是通过牛顿法求解。与以往的研究不同，经过本次质量修正后，水平集函数的有符号距离性质得到了准确的保留。此外，该方法可以很容易地从2D推广到3D。对计算效率的影响是轻微的，因为校正不需要在每个时间步应用。各种基准的情况下，涉及纯界面演化问题和多相流问题被认为是验证本方法。在所有情况下，定量地比较了原方法和本方法的精度和效率。可以观察到，本方法在额外成本可以忽略不计的情况下，将守恒误差降低到机器精度的量级，这表明其在复杂多相流模拟中的潜在应用。
2022-02-21 physics.comp-ph
Conservative finite-volume framework and pressure-based algorithm for flows of incompressible, ideal-gas and real-gas fluids at all speeds
一个保守的有限体积框架，基于同位变量的安排，在所有速度下的流动模拟，适用于不可压缩，理想气体和真实气体流体提出了一个完全耦合的压力为基础的算法。适用的保守离散化和实施的管理守恒定律，以及使用动量加权插值的通量的定义是相同的不可压缩和可压缩流体，并适用于复杂的几何形状表示的非结构化网格。不可压缩流体由预定义的恒定流体性质描述，而可压缩流体的性质由Noble-Abel-stiffened-gas模型描述，不可压缩流体和可压缩流体的密度和比静态焓的定义结合在一个统一的热力学封闭模型中。离散化的管理守恒律求解压力，速度和温度的方程在一个单一的线性系统。保守的有限体积离散，统一的热力学封闭模型和基于压力的算法产生一个概念简单，但通用的数值框架。建议的数值框架进行了彻底验证，使用各种各样的测试情况下，马赫数范围从0到239，包括不可压缩流体的粘性流动，以及传播的声波和瞬态演变的超音速流与激波在理想气体和真实气体流体。这些结果表明的准确性，鲁棒性和收敛性，以及质量和能量守恒，不可压缩和可压缩流体在所有速度下的流动的数值框架，在结构化和非结构化网格。
2020-02-29 physics.comp-ph
A consistent and conservative model and its scheme for $N$-phase-$M$-component incompressible flows
在目前的工作中，我们提出了一个一致的和保守的多相和多组分不可压缩流模型，其中可以有任意数量的相和组分。每个相都有一个背景流体，称为纯相，每对相是不混溶的，并且组分可溶解在某些特定相中。该模型是基于多相流场模型，包括接触角边界条件，扩散域的方法，并建议的多相和多组分流的一致性条件的分析。该模型保留了单个纯相的质量、每个组分在其可溶解区域中的量，从而保留了流体混合物的质量和流动的动量。它确保不会产生虚拟的相或组分，并且相场模型的体积分数之和在任何地方都是统一的，因此不会出现局部空隙或过度填充。它满足一个物理能量定律，并且是伽利略不变量。为该模型发展了相应的数值格式，其形式精度在时间和空间上均为二阶。它是一致的和保守的，它的解决方案被证明保持伽利略不变性和能量定律。数值试验表明，所提出的模型和格式是有效的和强大的研究各种具有挑战性的多相和多组分流动。
2021-05-03 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A conservative sharp-interface method for compressible multi-material flows
在本文中，我们发展了一个保守的尖锐界面方法，致力于模拟多个可压缩流体。提出了两种以上材料共用一个切割单元的数值处理方法。首先，我们简化了界面相互作用，这样的细胞与减少模型，以避免明确的界面重建和复杂的通量计算。第二，通过对切割单元进行有效的守恒校正程序来严格保持守恒。为了提高鲁棒性，开发了多材料尺度分离模型，以一致地去除未分辨的界面尺度。此外，多分辨率方法和当地的时间步进方案被纳入建议的多材料方法，以加快高分辨率的模拟。多材料激波管问题、惯性约束聚变内爆、三点激波相互作用以及激波与多材料气泡相互作用等算例表明，该方法适用于多种复杂可压缩多材料流动。
2017-04-03 physics.comp-ph
Semi-conservative reduced speed of sound technique for low Mach number flows with large density variations
简化声速技术（RSST）已被用于太阳和恒星对流区低马赫数流的有效模拟。基本的RSST方程是双曲型的，并且适合于通过区域分解的并行计算。RSST的应用仅限于密度扰动远小于背景密度的情况。此外，非保守变量需要使用这种方法进行演化，这不适合于在单个数值域中共存冲击波等不连续性的情况。在这项研究中，我们提出了一个新的半保守的制定的RSST，可以适用于低马赫数流与大的密度变化。我们推导了原始和新建议方法的波速，以阐明这些方法可以降低声速而不影响熵波。方程组采用有限体积法求解。数值试验验证了所提出的方法。分析和数值结果表明，当质量密度变化较大时，原始的RSST不适用。相比之下，新提出的方法被发现是有效的，在这种情况下。我们还建议RSST的变体，在机器精度中保持动量。新提出的变式被表述为半保守方程，当声速不降低时，该半保守方程简化为欧拉方程的保守形式。当高和低马赫数区域都包括在数值域中时，这种特性是有利的。新建议的RSST形式可应用于更宽范围的低马赫数流。
2018-12-10 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
A novel momentum-conserving, mass-momentum consistent method for interfacial flows involving large density contrasts
我们提出了一种新的方法，直接数值模拟界面流动涉及大密度对比，使用流体体积法。我们采用不可压缩的纳维-斯托克斯方程的不混溶流体的保守制定，以确保在这两种流体中的质量和动量的离散传输之间的一致性。该策略在具有原始变量的交错配置的均匀3D笛卡尔网格上实现，其中基于质量平流的几何重建在网格上进行，其精细度为动量的两倍。实施是在Rudman（1998）[41]的精神，加上Weymouth & Yue（2010）[46]的方向分裂时间积分方案的扩展，以保守动量输运。由此产生的数值方法，确保离散的质量和动量传播之间的一致性，同时执行保守的数值传输到任意水平的精度在3D。我们提出了几个定量比较基准从现有的文献中，以建立该方法的准确性，并从此证明其稳定性和鲁棒性的背景下，一个复杂的湍流界面流配置，涉及在空气中下降的雨滴。
2021-01-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Discrete exterior calculus discretization of two-phase incompressible Navier-Stokes equations with a conservative phase field method
本研究提出基于离散外微积分的两相不可压缩流离散格式，将相场方程与Navier-Stokes方程转入外微积分框架，证明其有界性，经多类算例验证其守恒性与收敛性，可处理大物性比与曲面两相流问题。
2022-03-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Accurate Globally Conservative Subdomain Discontinuous Least-squares Scheme for Solving Neutron Transport Problems
在这项工作中，我们提出了一个子域间断最小二乘（SDLS）格式的中子学问题。已知最小二乘（LS）方法对于具有尖锐的总截面界面的问题是不准确的。此外，已知最小二乘方案在非均质问题中不是全局保守的。在全局守恒很重要的问题中，例如k-特征值问题，必须采用保守处理。在这项研究中，我们提出了一个SDLS方法，保持全局守恒。这种方法类似于LS制定在每个子域没有材料接口和LS的不同之处在于，一个额外的最小二乘接口项出现在每个接口。连续有限元法（CFEM）的标量通量在每个子域内是连续的，而在每对相邻子域的界面上是不连续的。SDLS数值结果与其他数值方法得到的测试问题有材料界面。证明了标量通量在固定源问题和$k_\mathrm{eff}$在本征值问题中的高精度。
2017-11-15 physics.comp-ph
Reformulated dissipation for the free-stream preserving of the conservative finite difference schemes on curvilinear grids
本文发展了一种新的曲线网格上的高阶迎风守恒型有限差分格式的自由流保持方法。这种FP方法通过从原始迎风保守FD格式的局部模板中的每个单元中心值中减去参考单元面流状态来简化，这有效地导致了重新表述的耗散。该方法不需要修改迎风格式的原始形式，便于实现。此外，所提出的方法消除了传统的FP保守FD计划，需要一个一致的离散化的网格度量和通量的约束。这样，对于网格质量较差的工程问题，可以采用低阶格式进行数值模拟，而高阶格式则可以用来逼近流态，提高计算精度。在通过两个简单的算例证明了严格的FP性质和精度量级后，我们考虑了各种验证算例，包括绕圆柱的超声速流，绕三段翼型的亚音速流，绕ONERA M6机翼的跨音速流等，以表明该方法适用于包含复杂几何形状的广泛的流体动力学问题。此外，这些测试案例还表明，离散的度量顺序没有显着的影响，数值结果，如果网格分辨率不够大。
2021-01-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A variational interface-preserving and conservative phase-field method for the surface tension effect in two-phase flows
提出了一种基于有限元的变分界面保持和守恒相场公式，用于模拟具有表面张力动力学的不可压缩两相流。对流艾伦-卡恩相场公式的双曲正切界面轮廓的保存依赖于一种新的随时间变化的迁移率模型。的迁移率系数自适应地调整为扩散界面区域中的速度和序参量的梯度的函数，以这样的方式，自由能最小化适当地反对对流畸变。对流畸变与自由能最小化的比率被称为对流畸变参数，其表征由于对流效应而导致的与双曲正切形状的偏差。质量守恒是通过实施拉格朗日乘子与时间和空间的相场函数的依赖。我们将界面保持和守恒相场公式与不可压纳维-斯托克斯方程和连续表面张力力模型相结合，用于不可压两相流的模拟。一个积极的保持计划的有界性和稳定性的解决方案的变分离散使用非结构化有限元。我们研究的收敛性和精度的Allen-Cahn相场求解器通过一个通用的一维扩散反应系统中的拉伸流。我们量化和系统地评估相对界面厚度误差和相对表面张力力误差相对于对流畸变参数。进一步模拟了二维和三维上升气泡的情况，以检验所提出的模型对保体积平均曲率流动和界面保持能力的有效性。
2020-07-31 physics.comp-ph
A conservative Godunov-type mesh-free hydrodynamics scheme for weakly compressible multiphase flows
Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）；Munich Institute of Integrated Materials, Energy and Process Engineering (MEP), Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学集成材料、能源和工艺工程研究所）
提出一种保守型Godunov类无网格格式，通过二阶重构、HLLC求解器及界面切向松弛机制，实现弱可压缩多相流的高精度模拟，并在多个基准测试中验证了其有效性。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A consistent and conservative Phase-Field model for thermo-gas-liquid-solid flows including liquid-solid phase change
本文建立了一个自洽的、守恒的相场模型来研究具有液固相变的热-气-液-固流动。所提出的模型推导出的一致性条件的帮助下，并准确地减少到一致的和保守的相场方法的不可压缩两相流，虚拟域Brinkman惩罚（FD/BP）方法的流体-结构的相互作用，和相场模型的凝固的纯材料。它尊重质量守恒，明确定义各个相的体积分数，因此捕获由于相变引起的体积变化。当没有固相时，动量守恒，但当固相出现时，由于固体边界处的无滑移条件，动量发生变化。所提出的模型还保存了能量，保持温度平衡，并且是伽利略不变量。提出了一种新的连续表面张力力来限制其在气液界面的贡献，并从卡门-Kozeny方程修改的拖曳力，以减少固体速度为零。通过对插值函数进行物理修改，解决了在凝固的原始相场模型中引发相变的问题。建立了相应的相容格式求解该模型，数值结果与解析解及已有的实验和数值结果吻合较好。两个具有广泛的材料特性和复杂的动力学具有挑战性的问题进行了演示所提出的模型的能力。
2021-11-15 cs.NA math.NA physics.comp-ph
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
A positivity-preserving and conservative high-order flux reconstruction method for the polyatomic Boltzmann--BGK equation
本文提出一种保正且守恒的高阶通量重构方法，用于多原子 Boltzmann–BGK 方程，并首次直接求解 Boltzmann 方程完成三维可压缩湍流直接数值模拟，验证了其分辨激波和湍流的能力。
2023-04-18 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A hyperbolic-elliptic PDE model and conservative numerical method for gravity-dominated variably-saturated groundwater flow
针对重力主导、毛细力可忽略的变饱和地下水流，提出耦合双曲-椭圆PDE框架与守恒数值方法，并用含解析解的一维、二维基准验证其准确性。
2024-06-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Path-Conservative Method for a Weakly Compressible Two-Phase Model with Surface Tension
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文提出一种新型路径守恒方案，用于弱可压缩两相模型，通过包含毛细作用效应以提高计算效率，并结合局部解重构技术实现高阶精度。
2025-11-28 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A sufficient condition for free-stream preserving in the nonlinear conservative finite difference schemes on curvilinear grids
在可压缩流动的数值模拟中，基于非线性迎风格式的守恒型有限差分法（如WENO 5）在曲线网格上应用时，由于失去了几何守恒定律（GCL）恒等式，可能违反自由流守恒（FP）。虽然以前已经提出了一些关于FP的技术，但没有给出针对该问题的一般规则。本文以WENO 5为例，通过将非线性格式的迎风耗散重新排列为子模板重构的组合，证明了在相同的格式下，如果度量值相同，则迎风耗散在均匀流条件下减小，从而保持自由流条件。根据这一充分条件，构造了新的FP度量WENO5和WENO7。这样就可以保持WENO格式的原始形式。此外，这些格式的精度可以保持以及与一个简单的精度补偿，通过更换的中心部分通量的高阶之一。各种验证表明，目前的FP计划保留了很大的能力，以解决光滑区域准确和捕捉不连续鲁棒。
2021-01-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A quasi-conservative discontinuous Galerkin method for multi-component flows using the non-oscillatory kinetic flux
针对带Mie-Grüneisen状态方程的可压缩多组分流动五方程模型，提出结合无振荡动力学通量、Abgrall型体积分数格式及两类限制器的高阶拟守恒DG方法，实现高阶精度、界面无振荡与物理界限保持。
2020-07-12 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Consistent implementation of characteristic flux-split based finite difference method for compressible multi-material flows
为了防止速度，压力，和温度尖峰发生在材料的不连续性时，界面捕捉计划不一致地模拟可压缩的多材料流（当比热比是可变的），各种非保守或准保守的数值模型已经提出。然而，设计一个一致的数值算法，特别是使用高阶特征通量分裂有限差分方法（CFS-FDM）仍然是一个悬而未决的问题。本文系统地分析了已有的一致实现高阶CFS-FDM的算法，揭示了这些算法中特殊处理的原因。基于此分析，一个新的一般数值方法，成功地避免了任何特殊的处理，如以前报道的算法，推导。在新算法中，我们将非保守项改写为包含速度散度的源项的保守项。通过对守恒项中的平流速度和源项中的速度散度进行统一处理，并引入一个新的附加准则，即多流体算法应具有保持纯单流体的能力，最终得到了一个新的通用算法，该算法不需要任何特殊处理，而且实现起来非常方便.一些基准测试的结果表明，最终的算法不仅保持速度，压力和温度的平衡，但也适用于界面和强冲击波和稀疏波的相互作用的问题。
2017-12-24 physics.comp-ph
A fully conservative sharp-interface method for compressible mulitphase flows with phase change
发展了一种适用于多相流相变问题的全守恒尖界面方法。两相之间的耦合是通过引入界面通量来实现的，界面通量是通过求解一个有相变的一般黎曼问题来获得的。提出了一种新的四波模型，以获得近似的黎曼解，这简化了八维roo-finding过程中的精确求解器的质量通量的唯一迭代。与以往的研究不同，在本近似黎曼解中，严格规定了所有波的跳跃条件，从而保证了守恒性。比较了相变模型中流体状态的不同选择，指出为了保证数值一致性，应采用相界面的相邻状态。据作者所知，在公开文献中尚未报道。与良好的协议，各种数值例子被认为是验证本方法的结果与精确解或以前的模拟。
2021-10-15 cs.CE cs.NA math.NA
On zero-order consistency residue and background pressure for the conservative SPH fluid dynamics
本文揭示守恒SPH中零阶梯度一致性残差导致通道流与自由表面流非物理阻尼，分析背景压力等因素，并评估逆核梯度修正的效果与局限。
2025-07-24 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Fourth-order Conservative Adaptive Multiresolution Wavelet Upwind Scheme for Compressible Flows
School of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University（兰州大学土木工程与力学学院）；Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China (Lanzhou University), the Ministry of Education, Lanzhou University（兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室）；Department of Mechanical Engineering, Institute of Science Tokyo（东京科学大学机械工程系）
提出一种四阶保守自适应多分辨率平均插值迎风小波格式，用于可压缩流模拟，通过非对称迎风小波实现守恒离散，对称小波用于自适应多分辨率，数值测试验证了四阶精度、守恒性和激波捕捉能力。
2026-06-17 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Development of a Weakly Compressible Solver for Incompressible Two-Phase Flows
本文开发了一种全显式弱可压缩求解器，通过耦合压力、动量守恒与水平集对流方程并采用HLLC型Riemann求解器求解不可压缩两相流，经验证在结构化与非结构化网格上均具备良好的鲁棒性与适应性。
2024-12-20 physics.comp-ph
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 conservative discontinuous Galerkin scheme for the 2D incompressible Navier--Stokes equations
本文考虑二维不可压纳维-斯托克斯方程的守恒离散。我们提出了一个扩展的Arakawa的经典有限差分格式的流体流动的涡流函数制定高阶间断Galerkin近似。此外，我们展示了数值模拟，证明了该计划的准确性和验证的守恒性质，这是必不可少的长时间的整合。此外，我们讨论了大规模并行实现的图形处理单元。
2013-11-29 cs.NA math.NA physics.comp-ph
An accurate lattice Boltzmann method for interface capturing
相界面的准确求解对于不混溶多相流系统的建模具有重要意义。本文从修正的Allen-Cahn方程（ACE）出发，提出了一种精确的界面捕捉格子玻尔兹曼方法。通过符号距离函数与序参量之间的关系，在保持质量守恒特性的基础上，基于常用的守恒公式建立了修正的ACE。一个合适的强迫项被仔细纳入格子玻尔兹曼方程正确恢复的目标方程。然后，我们测试所提出的方法通过模拟一个典型的界面跟踪问题的单涡，并证明本模型可以更精确的数值比现有的格子玻尔兹曼模型的保守ACE，特别是在一个小的界面厚度尺度。
2022-03-10 physics.comp-ph
Coupled THINC and level set method: a conservative interface capturing scheme with arbitrary-order surface representations
本文提出了一种在固定欧拉网格上捕捉运动界面的简单而精确的数值方法，该方法将双曲线切线界面捕捉（THINC）方法与水平集（LS）方法相结合。本文提出的THINC/LS方法的创新和实际意义在于：（1）用任意阶多项式来表示界面，而不是分段线性界面计算（PLIC）VOF方法中常用的平面表示;（2）严格地保持了传输VOF场的质量，以及（3）提供用于实施的直接且易于编码的算法。我们验证了所提出的方案与广泛使用的基准测试。数值结果表明，新方法可以获得任意阶精度的界面重建，并能产生比经典VOF方法更精确的结果。
2018-01-07 physics.comp-ph
A Conservative Scheme for Vlasov Poisson Landau modeling collisional plasmas
我们发展了一个非均匀Fokker-Planck-Landau方程与Poisson方程耦合的确定性守恒解，该方程是碰撞等离子体的经典平均场模型.通过时间分裂方法得到两个子问题，即Vlasov-Poisson问题和齐次Landau问题，分别用Runge-Kutta间断Galerkin方法和保守谱方法处理。为了保证在两个不同的计算网格之间投影时的守恒性，设计了一个特殊的守恒例程来连接这两个子问题的解。该守恒例程精确地执行傅立叶空间中的力矩守恒。整个数值方案的实现与混合MPI和OpenMP并行化。对线性和非线性朗道阻尼问题以及双流流问题进行了数值实验研究。
2017-06-16 physics.comp-ph
Relativistic Extension of a Charge-Conservative Finite Element Solver for Time-Dependent Maxwell-Vlasov Equations
在涉及粒子加速器和相对论等离子体的许多问题中，精确地模拟相对论粒子运动对于精确的物理预言是必不可少的。在这里，我们扩展了一个电荷守恒的有限元时域（FETD）粒子在细胞（PIC）算法的时间依赖性麦克斯韦-弗拉索夫方程的不规则（非结构化）网格相对论制度的实施和比较三个粒子推进器：（相对论）鲍里斯，Vay和Higuera卡里。我们说明了应用拟议的相对论FETD-PIC算法分析粒子回旋运动在相对论速度，谐波粒子振荡的洛伦兹增强帧，和相对论伯恩斯坦模式磁化电荷中性（对）等离子体。
2018-01-02 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
High-order schemes for the Euler equations in cylindrical/spherical coordinates
Cornell University（康奈尔大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文研究了在柱坐标和球坐标系中使用高阶有限差分加权本质非振荡（WENO）方案求解欧拉方程的实现，分析了三种不同空间离散化方法的精度与守恒性，验证了新方法的高阶准确性和守恒性。
2017-01-17 cs.NA math-ph math.MP
