基于混合建模的多流体数值方法研究

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11171037
项目类别：
面上项目
资助金额：
50.0万
负责人：
田保林
依托单位：
北京应用物理与计算数学研究所
学科分类：
A0504.微分方程数值解
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
申卫东；易忠；田东波；齐进；任健；陈大伟；潘亮；
关键词：
多相流路径守恒格式混合建模多流体ALE方法多介质大变形流动

项目摘要

可压缩多流体问题在武器物理、惯性约束聚变和航天工程等领域有着广泛的应用背景，其中多介质大变形流动以及由此发展形成的多流体混合流动的物理建模与数值模拟一直是相关研究的难点和前沿问题。为此本项目拟开展如下研究：(1)分析混合网格中不同物质拉氏体积的变化关系，建立物理上自洽合理的混合网格封闭模型，发展能够统一描述多介质流动和多相混合流动的多流体模型方程。（2）构造适应于多流体计算的近似Riemann解，建立能够统一模拟多介质大变形和多流体混合流动的高精度多流体ALE方法。(3)发展基于多流体混合的多相流模型方程，分析多相流模型方程的特征结构，构造能够有效处理方程非守恒项的多相流路径守恒格式。本项目以实际工程领域的数值模拟需求为牵引，开展多流体混合建模与数值方法研究，建设具有较高精度和置信度的多流体数值模拟计算方法体系，将能为实际工程问题提供有力的方法和程序支撑，有创新性和较高的应用价值。

结项摘要

可压缩多流体复杂流动问题在武器物理、惯性约束聚变和航天工程等领域有着广泛的应用背景，如何对其进行精密化的数学物理建模和发展高精度、高分辨率数值方法一直是相关研究的难点和前沿问题。为此，本项目以武器物理高置信度数值模拟平台建设需求为牵引，凝练其中的关键科学问题，重点开展了如下研究。.（1）.混合网格封闭模型与多流体ALE方法：分析了多介质混合网格中不同物质体积组分的变化关系，建立物理上自洽合理的混合网格封闭模型，且所提出的混合网格封闭模型能够反映混合网格内不同流体压缩性的差异，在此基础上发展了能够统一描述多介质流动和多相混合流动的多流体模型方程，构造了适应于多流体计算的近似Riemann解，建立能够统一模拟多介质大变形和多流体混合流动的高精度多流体ALE方法。.（2）.高精度无振荡多介质流动数值方法：针对常用的高精度格式在接触间断或物质界面处容易出现非物理振荡的问题，分析了常用高精度差分格式产生非物理振荡的数值机理，给出了消除非物理振荡的解决办法，实现了可压缩多相流问题的高精度、高分辨率数值模拟。.（3）.多相流模型方程路径守恒格式：针对多相流模型方程非守恒带来的离散困难，分析了两相流模型方程的波系结构，给出了适用于两相流模型方程的近似Riemann解，发展了能够克服非守恒项离散困难的路径守恒格式。.（4）.多介质和多相流数值方法的应用研究：本项目所发展的数学物理模型、高精度数值方法已经应用于武器物理数值模拟平台建设和湍流混合的高精度数值模拟，为实际工程应用提供了有力的计算方法和程序支撑。.本项目在混合网格封闭模型、多流体ALE方法和多相流高精度数值模拟方法研究等方面取得了显著进展。基于项目研究成果，共完成期刊、会议论文共36篇，其中Sci论文10篇，Ei论文5篇，核心期刊论文3篇，项目成员获得军队科技进步一等奖3人次（排名2,3,10）。.