拉氏方法模拟二维多介质可压缩流体的运动

赵海波 肖波 柏劲松 段书超 王刚华 阚明先 陈芳

赵海波, 肖波, 柏劲松, 段书超, 王刚华, 阚明先, 陈芳. 拉氏方法模拟二维多介质可压缩流体的运动[J]. 高压物理学报, 2018, 32(4): 042303. doi: 10.11858/gywlxb.20170694
引用本文: 赵海波, 肖波, 柏劲松, 段书超, 王刚华, 阚明先, 陈芳. 拉氏方法模拟二维多介质可压缩流体的运动[J]. 高压物理学报, 2018, 32(4): 042303. doi: 10.11858/gywlxb.20170694
ZHAO Haibo, XIAO Bo, BAI Jinsong, DUAN Shuchao, WANG Ganghua, KAN Mingxian, CHEN Fang. Simulation of Two-Dimensional Multi-Material Compressible Flows Using Lagrangian Methods[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2018, 32(4): 042303. doi: 10.11858/gywlxb.20170694
Citation: ZHAO Haibo, XIAO Bo, BAI Jinsong, DUAN Shuchao, WANG Ganghua, KAN Mingxian, CHEN Fang. Simulation of Two-Dimensional Multi-Material Compressible Flows Using Lagrangian Methods[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2018, 32(4): 042303. doi: 10.11858/gywlxb.20170694

拉氏方法模拟二维多介质可压缩流体的运动

doi: 10.11858/gywlxb.20170694
基金项目: 

科学挑战计划 TZ2016001

国家自然科学基金 11405167

国家自然科学基金 11571293

国家自然科学基金 11672276

国家自然科学基金 11532012

中国工程物理研究院科学技术发展基金 2015B0201023

详细信息
    作者简介:

    赵海波(1994-), 男, 硕士研究生, 主要从事计算流体力学研究.E-mail:18310737226@163.com

    通讯作者:

    柏劲松(1968-), 男, 研究员, 博士生导师, 主要从事计算力学研究

  • 中图分类号: O354

Simulation of Two-Dimensional Multi-Material Compressible Flows Using Lagrangian Methods

  • 摘要: 在用拉格朗日方法模拟二维多介质可压缩流体的运动时,网格发生大变形往往是模拟不能正常进行下去的重要原因。网格动态局域重分可以有效改善网格的畸变程度,使计算得以持续。针对三角形计算网格提出了一种新的动态局域重分方法,包含"对角线交换""长边劈裂""短边融合"和"帽子戏法"4种基本操作,其中前3种操作不仅作用于同种介质内部,还可将其拓展到多介质界面处,与"帽子戏法"一起处理界面附近的大变形网格。在网格动态局域重分后,将旧网格上的物理量映射到新网格上,先计算出新三角形的质量和内能,再根据动量守恒和能量守恒对新三角形的格点速度及内能进行修正。利用该方法对冲击波与气泡相互作用和R-T不稳定性问题进行了数值模拟,取得了良好的效果。在R-T不稳定性算例中,采用同种介质和不同介质两种模型进行对比,模拟结果验证了该方法的有效性。

     

  • 图  交错网格型拉格朗日方法[10]

    Figure  1.  Staggered grid hydrodynamics Lagrangian discretization

    图  周期性网格

    Figure  2.  Periodical mesh

    图  对角线交换操作

    Figure  3.  Diagonal-swapping

    图  长边劈裂操作

    Figure  4.  Edge-splitting

    图  短边融合操作

    Figure  5.  Edge-merging

    图  帽子戏法操作

    Figure  6.  Hat-trick on the interface

    图  网格动态局域重分流程图

    Figure  7.  Main flow of the remeshing algorithm

    图  计算重叠系数

    Figure  8.  Calculation of overlapping coefficients

    图  多物质界面处短边融合后物理量的重映过程

    Figure  9.  Remapping after edge-merging on the interface

    图  10  激波与气泡相互作用

    Figure  10.  Shock/bubble interaction

    图  11  本研究模拟结果与文献[11]的对比

    Figure  11.  Comparison of simulation results between this study and Ref.[11]

    图  12  本研究模拟结果与实验[13]的对比

    Figure  12.  Comparison of simulations results of this study with experiment results[13]

    图  13  本研究模拟、文献[11]模拟以及实验[13]结果在t=1 342.153×10-6时刻的对比

    Figure  13.  Comparison of simulation result of this study, simulation result of Ref.[11], and experiment result[13] at t=1 342.153×10-6

    图  14  单模R-T不稳定性

    Figure  14.  Single mode R-T instability

    图  15  不同时刻24×72网格对应的密度云图(单介质)

    Figure  15.  Density maps at different time on 24×72 grid (Single material)

    图  16  不同时刻48×144网格对应的密度云图(单介质)

    Figure  16.  Density maps at different time on 48×144 grid (Single material)

    图  17  不同时刻100×300网格对应的密度云图(单介质)

    Figure  17.  Density maps at different time on 100×300 grid (Single material)

    图  18  t=6时刻不同网格对应的流体结构

    Figure  18.  Flow structures with 3 mesh grids at t=6

    图  19  t=6时刻不同计算方式对应的网格

    Figure  19.  Mesh of different simulations at t=6

    图  20  单介质模拟每个操作发生的次数

    Figure  20.  Times of each operations in single material simulation

    图  21  单介质模拟质量、动量及能量的改变量

    Figure  21.  Variation of mass, momentum and energy in single material simulation

    图  22  不同时刻100×300网格的密度云图(多介质)

    Figure  22.  Material maps at different time on 100×300 grid (Multi-material)

    图  23  相同网格下多介质(左)与单介质(右)R-T不稳定性对比

    Figure  23.  Comparison between multi-material (Left) and single material (Right) R-T instability on the same mesh

    图  24  多介质模拟每个操作发生的次数

    Figure  24.  Times of each operations in multi-material simulation

    图  25  多介质模拟质量、动量和能量的改变量

    Figure  25.  Variation of mass, momentum and energy in multi-material simulation

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-21
  • 修回日期:  2018-01-09

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