爆炸冲击波强间断问题的高阶伪弧长算法研究*
2021-12-03马天宝王晨涛赵金庆宁建国
爆炸与冲击 2021年11期
马天宝,王晨涛,赵金庆,宁建国
(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京 100081)
双曲守恒律方程有着广泛的应用,在内爆动力学,惯性约束聚变,计算天文学,磁流体力学,计算爆炸力学,计算生物学等领域都和它密切相关。它有一个明显的特征,无论初值条件多么的光滑,随着时间的演化,最终都可能会演化为带有强间断的解。爆炸与冲击问题是强非线性的双曲方程,这些方程的解通常带有奇异性,也就是在解的附近存在较大的变化,包括激波,稀疏波,接触间断等。为了克服上述难题,一些高精度的数值格式被提出,如MUSCL、WENO[1-2]等。但采用高阶重构时,解在间断附近会产生虚假震荡。因此构造有效的高精度数值算法,不仅要求能捕捉到间断区域,同时又可以消除虚假震荡。针对虚假震荡的非物理现象,可以考虑将原始守恒方程映射到特征空间上[3],在特征空间上求得数值通量之后[4],再将通量映射回原始空间。这种通过对方程组多变量的耦合进行解耦的过程,可以巧妙地避开虚假震荡。
对于常规的有限体积方法,计算网格是均匀网格,若提高计算精度,那么相应的策略是增加网格数目。但是对于物理量梯度变化较小的区域,粗糙的网格便可以得到满意的结果,对光滑区域求解增加的计算量是没有必要的,因此这无疑在一定程度上降低了计算效率。基于此,根据解的性质,对网格进行合理的节点分布,对于高效、精确地计算双曲守恒方程有着极其重要的作用。……
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