CFD离散格式

CFD 离散格式 discretization

插值方式常称为离散格式。

中心差分格式central differencing scheme:就是界面上的物理量采用线性插值公式来计算,即取上游和下游节点的算术平均值。它是条件稳定的,在网格Pe 数小于等于2时稳定。在不发生振荡的参数范围内,可以获得较准确的结果。如没有特殊声明,扩散项总是采用中心差分格式来进行离散。

一阶迎风格式first order upwind scheme: 即界面上的未知量恒取上游节点(即迎风侧节点)的值。这种迎风格式具有一阶截差,因此叫一阶迎风格式。无论在任何计算条件下都不会引起解的振荡,是绝对稳定的。但是当网格Pe 数较大时,假扩散严重,为避免此问题,常需要加密网格。研究表明,在对流项中心差分的数值解不出现振荡的参数范围内,在相同的网格节点数条件下,采用中心差分的计算结果要比采用一阶迎风格式的结果误差小。

混合格式hybrid scheme:综合了中心差分和迎风作用两方面的因素,当|Pe|=2时,采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。该格式综合了中心差分格式和一阶迎风格式的共同的优点,其离散系数总是正的,是无条件稳定的。计算效率高,总能产生物理上比较真实的解,但缺点是只有一阶精度。

指数格式exponential scheme 和乘方格式power-law scheme :绝对稳定,主要适用于无源项的对流-扩散问题。对有非常数源项的场合,当Pe 数较高时有较大误差。

二阶迎风格式:二阶迎风格式与一阶迎风格式的相同点在于,二者都通过上游单元节点的物理量来确定控制体积界面的物理量。但二阶格式不仅要用到上游最近一个节点的值,还有用到另一个上游节点的值。它可以看作是在一阶迎风格式的基础上,考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。在二阶迎风格式中,只有对流项采用了二阶迎风格式,而扩散项仍采用中心差分格式。二阶迎风格式具有二阶精度的截差。

QUICK 格式:是“对流项的二次迎风插值”,是一种改进离散方程截差的方法,通过提高界面上插值函数的阶数来提高格式截断误差的。对流项的QUICK 格式具有三阶精度的截差,但扩散项仍采用二阶截差的中心差分格式。对于与流动方向对齐的结构网格而言,QUICK 格式将可产生比二阶迎风格式等更精确的计算结果。QUICK 格式常用于六面体(二维中四边形)网格。对于其它类型的网格,一般使用二阶迎风格式。

现在迎风格式主要有FVS 矢通量分裂和FDS 通量差分分裂两种,前者的代表是Van leer格式,后者是鼎鼎大名的Roe 格式,关于Van leer和Roe 两位大牛的故事大家在论坛里一些八卦贴里看过了,呵呵,崇拜呀„„V an leer和Roe 格式具有优秀的激波间断分辨率,是实际应用中最成功的上风格式,前者分裂形式简单,计算效率高,但数值耗散大,分辨接触间断有明显的抹平现象,导致了显著的粘性计算误差,后者存在红玉现象,在高速时会出现非物理解,且耗散巷构造复杂,计算量大„„这都是书上的话,本斑在具体使用过程中也深有体会,在几种先进格式的比较中,就粘性分辨率而言,Roe 格式确实要优于van leer格式,而比较新的AUSM+格式以及带各项异性人工粘性的中心差格式性能也很好,和Roe 格式不相上下。

瞬态问题的离散格式有显式,Crank -Nicolson 格式和隐式三种。

Pe 表示“对流/扩散”两种强度的比值。

本文来自:【蓝色流体网】(http://www.openfluid.cn)本文出处参考:http://www.openfluid.cn/thread-337-1-1.html

CFD 离散格式 discretization

插值方式常称为离散格式。

中心差分格式central differencing scheme:就是界面上的物理量采用线性插值公式来计算,即取上游和下游节点的算术平均值。它是条件稳定的,在网格Pe 数小于等于2时稳定。在不发生振荡的参数范围内,可以获得较准确的结果。如没有特殊声明,扩散项总是采用中心差分格式来进行离散。

一阶迎风格式first order upwind scheme: 即界面上的未知量恒取上游节点(即迎风侧节点)的值。这种迎风格式具有一阶截差,因此叫一阶迎风格式。无论在任何计算条件下都不会引起解的振荡,是绝对稳定的。但是当网格Pe 数较大时,假扩散严重,为避免此问题,常需要加密网格。研究表明,在对流项中心差分的数值解不出现振荡的参数范围内,在相同的网格节点数条件下,采用中心差分的计算结果要比采用一阶迎风格式的结果误差小。

混合格式hybrid scheme:综合了中心差分和迎风作用两方面的因素,当|Pe|=2时,采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。该格式综合了中心差分格式和一阶迎风格式的共同的优点,其离散系数总是正的,是无条件稳定的。计算效率高,总能产生物理上比较真实的解,但缺点是只有一阶精度。

指数格式exponential scheme 和乘方格式power-law scheme :绝对稳定,主要适用于无源项的对流-扩散问题。对有非常数源项的场合,当Pe 数较高时有较大误差。

二阶迎风格式:二阶迎风格式与一阶迎风格式的相同点在于,二者都通过上游单元节点的物理量来确定控制体积界面的物理量。但二阶格式不仅要用到上游最近一个节点的值,还有用到另一个上游节点的值。它可以看作是在一阶迎风格式的基础上,考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。在二阶迎风格式中,只有对流项采用了二阶迎风格式,而扩散项仍采用中心差分格式。二阶迎风格式具有二阶精度的截差。

QUICK 格式:是“对流项的二次迎风插值”,是一种改进离散方程截差的方法,通过提高界面上插值函数的阶数来提高格式截断误差的。对流项的QUICK 格式具有三阶精度的截差,但扩散项仍采用二阶截差的中心差分格式。对于与流动方向对齐的结构网格而言,QUICK 格式将可产生比二阶迎风格式等更精确的计算结果。QUICK 格式常用于六面体(二维中四边形)网格。对于其它类型的网格,一般使用二阶迎风格式。

现在迎风格式主要有FVS 矢通量分裂和FDS 通量差分分裂两种,前者的代表是Van leer格式,后者是鼎鼎大名的Roe 格式,关于Van leer和Roe 两位大牛的故事大家在论坛里一些八卦贴里看过了,呵呵,崇拜呀„„V an leer和Roe 格式具有优秀的激波间断分辨率,是实际应用中最成功的上风格式,前者分裂形式简单,计算效率高,但数值耗散大,分辨接触间断有明显的抹平现象,导致了显著的粘性计算误差,后者存在红玉现象,在高速时会出现非物理解,且耗散巷构造复杂,计算量大„„这都是书上的话,本斑在具体使用过程中也深有体会,在几种先进格式的比较中,就粘性分辨率而言,Roe 格式确实要优于van leer格式,而比较新的AUSM+格式以及带各项异性人工粘性的中心差格式性能也很好,和Roe 格式不相上下。

瞬态问题的离散格式有显式,Crank -Nicolson 格式和隐式三种。

Pe 表示“对流/扩散”两种强度的比值。

本文来自:【蓝色流体网】(http://www.openfluid.cn)本文出处参考:http://www.openfluid.cn/thread-337-1-1.html


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