用于可混溶黏性可压缩流体模拟的五方程模型
计算物理
2018-06-28 v2
摘要
典型的多组分可压缩Navier-Stokes计算采用质量分数输运的守恒方程。这些控制方程的上风离散化在不同比热容气体间弥散接触面处产生虚假压力振荡，降低了算法收敛速率。增加体积分数的准守恒方程可解决此误差，但该方法仅针对不混溶流体导出。本文提出一个包含组分扩散、黏性与热传导效应的五方程准守恒模型。给出了模型推导及在空间和时间上二阶精度求解控制方程的数值方法。形式收敛研究表明，三个基准问题达到了预期精度阶，并与两种标准质量分数模型交叉验证。在这些测试用例中，给定网格尺寸下新模型的误差降低2至10倍。二维空气-SF_6 Richtmyer-Meshkov不稳定性模拟表明，在相同数值框架下，与质量分数模型相比，新模型在每个方向以少四倍的网格点收敛至解。这代表在二维计算中达到同等误差时计算成本降低约40倍。因此，所提模型非常适用于可压缩混合的直接数值模拟与大涡模拟。
引用
@article{arxiv.1803.10502,
title = {A five-equation model for the simulation of miscible and viscous compressible fluids},
author = {Ben Thornber and Michael Groom and David Youngs},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.10502},
year = {2018}
}