基于非结构网格的高精度CESE格式

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11901602
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In fluid dynamics, sophisticated structures with very small scales (such as turbulent structures) and discontinuities (shocks or contact discontinuities) with steep jumps in physical quantities usually coexist. This brings tremendous challenges for numerical simulations. Firstly, high-order schemes have a significant advantage over low-order schemes in terms of capturing sophisticated structures with small scales, but they are usually less robust than low-order schemes near discontinuities. Secondly, unstructured meshes are more suitable for complex geometries and are more convenient for mesh adaption than structured meshes. Therefore, constructing robust high-order schemes on unstructured meshes becomes a hotspot in computational fluid dynamics. The space-time conservation element and solution element (CESE) method is an algorithm for compressible computational fluid dynamics proposed in the 1990s. It is a one-step scheme with a super compact stencil, and therefore it can be easily implemented on unstructured meshes. After several decades of developments, the second-order CESE schemes were already very mature and have been applied to many areas. However, the studies on high-order CESE schemes were few and far between. In this project, we will utilize the concept of CESE method to develop a class of new robust high-order compact schemes on unstructured meshes. The aim of the project is to provide an alternative way of constructing high-order schemes.
在流体动力学中,小尺度的精细结构(如湍流结构)和间断(激波或者接触间断)经常同时存在,这给数值模拟带来了极大的挑战。首先,高精度格式相对低精度格式在捕捉小尺度的精细结构方面具有较明显的优势,但是在间断附近的稳定性往往不如低阶精度格式。其次,相对结构网格,非结构网格具有适合复杂几何结构、方便网格自适应等突出优点。因此,在非结构网格上构造稳定的高精度数值方法成为了计算流体力学领域的研究热点之一。时空守恒元解元(CESE)算法是上世纪90年代发展起来的一种可压缩计算流体力学算法。该算法是一种高度紧致的一步算法,很容易应用到非结构网格上。经过几十年的发展,二阶精度CESE格式已经非常成熟并成功应用于多个领域。但是,高精度CESE格式的研究还很欠缺。本项目将利用CESE算法基本原理,在非结构网格上发展一类新的稳定的高精度紧致格式,为高精度格式的构造提供新的途径。

结项摘要

在高速流动中,小尺度的精细结构(如湍流结构)和间断(激波或者接触间断)经常同时存在,高效的数值模拟依赖于高精度激波捕捉。有限体积格式是计算流体力学中常用的格式,但是传统的有限体积格式在提高精度的时候需要不断扩大空间模板,导致非结构的高精度格式构造和编程变得困难。本项目在二阶时空守恒元解元(CESE)方法的基础上,提出了一类任意阶精度的加权紧致中心(WCC)格式:在时间方向采用交错网格,在进行时空积分求解单元平均时避免了求解局部黎曼问题;k空间导数用单元顶点的k-1阶导数的中心差分得到;采用Cauchy–Kovalewski方法将空间导数转换为时间导数;针对格式的特点专门设计了一种WENO限制器。该格式具有非常紧凑的空间模板并且时间方向只需要一步就能达到与空间相同的精度,既可以准确捕捉流场的小尺度结构,也可以保证激波计算的尖锐性和无振荡性。此外,项目基于旋转特征分解方法,提出了一种适用于任意高精度格式的高效的多维限制器,将WCC格式扩展到多维结构网格和非结构网格上。该项目的成果为构造求解双曲守恒律的高精度激波捕捉格式提供了新途径。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A rotated characteristic decomposition technique for high-order reconstructions in multi-dimensions
多维高阶重构的旋转特征分解技术
  • DOI:
    10.1007/s10915-021-01602-z
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Hua Shen;Matteo Parsani
  • 通讯作者:
    Matteo Parsani
A class of high-order weighted compact central schemes for solving hyperbolic conservation laws
一类求解双曲守恒定律的高阶加权紧致中心格式
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2022.111370
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Hua Shen;Rasha Al Jahdali;Matteo Parsani
  • 通讯作者:
    Matteo Parsani

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其他文献

心肌JPH2蛋白的生理和病理生理功能研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    第二军医大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    申华;李妙龄;何登科;殷亮;奚望;王志农
  • 通讯作者:
    王志农
无症状重度主动脉瓣狭窄的保守治疗与手术治疗
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国介入心脏病学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马晓腾;吕赛;孙岩;申华;王志坚;高霏;刘晓丽;刘宇扬;史冬梅;周玉杰
  • 通讯作者:
    周玉杰
卵泡抑素相关蛋白的病理生理功能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生理科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    申华;刘宇扬
  • 通讯作者:
    刘宇扬
雷公藤甲素对大鼠血管钙化过程中的 BMP2、Runx2 蛋白表达的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国医药
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  • 作者:
    裴昱强;丁耀东;王睿;杨嘉馨;刘晓丽;申华;葛海龙
  • 通讯作者:
    葛海龙
无症状重度主动脉瓣狭窄的诊断标准和评估 方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    心肺血管病杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马晓腾;吕赛;申华;王志坚;高霏;杨丽霞;刘晓丽;刘宇扬;史冬梅;周玉杰
  • 通讯作者:
    周玉杰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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