基于可逆-不可逆向量场分裂的显式时间积分方案研究超临界流体中的活塞效应
数值分析
2025-10-13 v3 数值分析
流体动力学
摘要
在液-汽临界点附近，超临界流体表现出强可压缩性，同时热物理性质具有强烈的状态依赖性。这些特性导致了各种奇特现象，其中之一是活塞效应，即突然加热引发机械脉冲。在线性近似下，热过程与机械过程之间的耦合产生了非平凡且丰富的热声学。超临界流体的众多应用提出了在该敏感区域对热声时空依赖性进行可靠且快速高效的数值求解的需求。在此，我们提出了一种二阶精度的全显式交错时空网格有限差分方法，用于求解此类耦合线性热声问题。时间积分基于将表示影响动力学的相互作用的状态空间向量场分裂为可逆和不可逆部分，该分裂过程导出了去耦的波动方程和热传导方程。前者为双曲型偏微分方程，后者为抛物型偏微分方程，因此必须融合不同的时间积分算法以获得可靠、无色散误差且无耗散误差的数值解。最后，利用所开发的方法研究了超临界活塞效应的热声近似。
引用
@article{arxiv.2503.07449,
title = {The piston effect in supercritical fluids investigated via a reversible-irreversible vector field splitting-based explicit time integration scheme},
author = {Donát M. Takács and Tamás Fülöp and Róbert Kovács and Mátyás Szücs},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.07449},
year = {2025}
}