一种新型混合方法用于跨所有马赫数的可压多组分流动仿真
流体动力学
2025-10-17 v1 计算物理
摘要
数值模拟以压力-速度耦合和压力-密度耦合主导区域为特征的多组分流动系统，仍是计算流体动力学中的重大挑战。因此，本文提出了一种新方法，将高速流动的 Godunov 类型格式与不可压流动的投影解程序相结合，以解决这一挑战。 proposed 混合方法通过将不可压性通量分为对流部分和压力部分来工作。首先求解对流部分，以求出变量在中间状态的估计值。AUSM (Advection Upwind Splitting Method) 求解器用于 all-speed。为了消除在低马赫数区域中不准确的来源于压力通量项，修改了 AUSM 中的对流通量。为了防止在表面张力存在时对流通量引起虚假速度，修改了压力-速度耦合项，确保其在材料界面处消失。随后，我们推导了压力 Helmholtz 方程，以求解最终压力并更新中间状态至下一时间步的解变量。该 proposed 混合方法保留了 AUSM 方法在高马赫数下的上风特性，同时在低马赫数极限下恢复中心格式和标准投影解。为准确解析包括冲击波和材料界面在内的复杂流动结构而消除数值振荡，本文采用新提出的均匀 ROUND (Reconstruction Operator on Unified Normalised-variable Diagram) 重构策略。通过模拟高速可压多相流和不可压多相流，本研究表明该方法能够准确处理跨所有马赫数的流动体系。
引用
@article{arxiv.2502.02570,
title = {A novel hybrid approach for accurate simulation of compressible multi-component flows across all-Mach number},
author = {Xi Deng and Bin Xie and Omar K. Matar and Pierre Boivin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.02570},
year = {2025}
}