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基于riemann问题的可压缩多介质流动数值方法研究及其在爆炸冲击波数值模拟中的应用

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基于Riemann问题的可压缩多介质流动数值方法研究及其在爆炸冲击...

第十九届中国空气动力学物理气体动力学学术交流会

作者：姚成宝浦锡锋王宏亮寿列枫张柏华王澍霏西北核技术研究所

提出了一种基于Euler坐标系的非结构网格、具有锐利界面的二维和三维守恒型多介质流动数值方法,可用于模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下的大变形动力学行为。利用分片线性的Level Set函数清晰重构出分段线性流形的相界面,建... 详细信息

提出了一种基于Euler坐标系的非结构网格、具有锐利界面的二维和三维守恒型多介质流动数值方法,可用于模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下的大变形动力学行为。利用分片线性的Level Set函数清晰重构出分段线性流形的相界面,建立了单纯形网格内具有多种介质的相界面拓扑结构,理论上可以处理全局任意种介质、局部三种介质的多介质流动问题。提出了一种守恒型的相界而两侧介质相互作用的处理方法,能够保证不同介质间的通量守恒,且相界面处介质的相互作用与理论结构保持一致。提出了一种非结构网格上的单元聚合算法,消除了由于网格被相界面分割成较小碎片,从而违反CFL条件可能带来的数值不稳定,并有效提高了计算效率。针对具有高度非线性特征、通用形式的Mie-Gr（u|"）neisen状态方程,完整分析了riemann问题解的适定性,并对状态方程的适用范围提出了一种普适且易推广的判据。开发了一种健壮、高效、误差可控的多介质riemann问题求解器,并设计了一种能够针对强激波和强稀疏波等极端情形的非精确Newton方法来迭代求解riemann问题所满足的非线性代数-积分组合方程,能有效提高相界面上各物理状态量的计算精度,扩充多介质流动数值方法的应用范围。基于提出的多介质流动数值方法和具有实际应用背景的多种状方程,建立了一套能够模拟爆炸与冲击领域内多种复杂力学效应的数值模拟体系。针对空中爆炸、水下爆炸和内爆压缩等具有极端物理条件和复杂物理效应的工程应用问题,结合并行计算和网格自适应技术,开展了大量的数值模拟应用研究,验证了数值模拟体系的工程应用能力。

关键词：多介质riemann问题可压缩多介质流动非线性状态方程空中爆炸水下爆炸

来源： cnki会议评论

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虚拟流体方法的设计原则

计算物理 2016年第6期33卷 671-680页

作者：许亮冯成亮刘铁钢中国航天空气动力技术研究院北京100074 北京航空航天大学数学与系统科学学院数学信息与行为教育部重点实验室北京100191

研究模拟可压缩多介质流的虚拟流体方法,建立一般状态方程下定义虚拟流体状态的基本原则.根据波系结构和使用的自由变量分别推导虚拟流体状态的定义方式.结果表明在这些方式下求解多介质riemann问题理论上完全精确.进一步总结几种简单... 详细信息

研究模拟可压缩多介质流的虚拟流体方法,建立一般状态方程下定义虚拟流体状态的基本原则.根据波系结构和使用的自由变量分别推导虚拟流体状态的定义方式.结果表明在这些方式下求解多介质riemann问题理论上完全精确.进一步总结几种简单有效的虚拟流体方法,这些定义方式不依赖于虚拟流体区域可能产生的波系结构.其中一种类似于反射边界条件,只是界面速度需要首先精确预测出来.数值算例验证了研究结果的合理性.

关键词：可压缩多介质流虚拟流体方法多介质riemann问题虚拟流体状态一般状态方程

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嵌入物理约束的可压缩多介质流神经网络模型

计算物理 2023年第6期40卷 761-769页

作者：刘子岩许亮中国航天空气动力技术研究院北京100074

研究模拟可压缩多介质流的机器学习建模方法,利用神经网络实现多介质riemann解的回归预测。为使训练结果更加符合流动物理,根据流场间断关系构建神经网络额外的物理约束层。建立神经网络代理模型,应用于实用虚拟流体方法(PGFM)。通过各... 详细信息

研究模拟可压缩多介质流的机器学习建模方法,利用神经网络实现多介质riemann解的回归预测。为使训练结果更加符合流动物理,根据流场间断关系构建神经网络额外的物理约束层。建立神经网络代理模型,应用于实用虚拟流体方法(PGFM)。通过各种典型的一维与二维多介质流动问题,对不同规模神经网络训练得到的代理模型进行数值验证。研究发现:嵌入物理约束后,神经网络模型的结果更符合真实情况,而且较简单的神经网络模型即可满足计算需求。机器学习建模方法具有较高的计算精度和计算效率,具备发展潜力。

关键词：可压缩多介质流虚拟流体方法多介质riemann问题神经网络物理约束

一种基于HLLC算法的Mie-Grüneisen多介质混合模型

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计算物理 2020年第1期37卷 55-62页

作者：吴宗铎严谨宗智赵勇广东海洋大学海洋工程学院广东湛江524088 大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 大连海事大学交通运输工程博士后流动站辽宁大连116026

建立一种修正的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Contact)格式下稳定的Mie-Grüneisen多介质混合计算模型.Mie-Grüneisen混合模型中的通量包括守恒和非守恒两个部分,原始的HLLC格式对守恒部分适用,但是原始的HLLC格式直接用于非守恒部分,很... 详细信息

建立一种修正的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Contact)格式下稳定的Mie-Grüneisen多介质混合计算模型.Mie-Grüneisen混合模型中的通量包括守恒和非守恒两个部分,原始的HLLC格式对守恒部分适用,但是原始的HLLC格式直接用于非守恒部分,很难控制住数值振荡的产生.在原始格式中,间断面的移动速度为间断网格的左侧或右侧速度,修正后替换为网格中的平均速度,经过修正后,对HLLC格式重新进行推导,并随之扩展到二维问题.数值实验表明,利用修改后的HLLC格式,Mie-Grüneisen混合模型可以取得较好的稳定性和准确性.

关键词：多介质riemann问题 HLLC求解器 Mie-Grüneisen方程非守恒模型

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模拟多介质界面问题的虚拟流体方法综述

气体物理 2019年第2期4卷 1-16页

作者：刘铁钢许亮北京航空航天大学数学与系统科学学院数学、信息与行为教育部重点实验室北京100191 中国航天空气动力技术研究院北京100074

虚拟流体方法为模拟具有清晰物质界面的多介质流动问题提供了一种简便途径.尤其基于多介质riemann问题解的修正虚拟流体方法及其变体,能够真实考虑到界面附近非线性波的相互作用和物质性质的影响,可以有效解决各种界面强间断等挑战性难... 详细信息

虚拟流体方法为模拟具有清晰物质界面的多介质流动问题提供了一种简便途径.尤其基于多介质riemann问题解的修正虚拟流体方法及其变体,能够真实考虑到界面附近非线性波的相互作用和物质性质的影响,可以有效解决各种界面强间断等挑战性难题,具有巨大的工程应用潜力.文章重点回顾了虚拟流体方法的发展历史,总结和对比了各种代表性版本在模拟可压缩多介质流时的界面条件定义方式和多维推广方式,并介绍了该方法的设计原则和精度分析方面的研究进展.文章还回顾了该方法在其他更广泛和更具挑战性典型科学问题中的最新应用进展,并对方法的优势和特点进行了总结.

关键词：多介质流虚拟流体方法修正的虚拟流体方法多介质riemann问题界面条件