适用于流体滑移计算的多边形网格辐射扩散计算方法研究

Numerical simulation of radiation fluid dynamics plays an important role in many fields such as national economy,energy issues and national defense construction etc.Slip-line calculation is one of the key problems whether the Lagrangian radiation hydrocode can adapt to the numerical simulation of the actual engineering physical problems.Typically,slip-line calculation requres special treatment due to the different mesh topology for the sliding meshes and the internal meshes,and this has caused considerable difficulties for the designs of the diffusion scheme and iterative algorithm on such complex meshes.Aimed at the radiation diffusion computation in radiation fluid dynamics problems,the project is to manage the sliding meshes and the internal meshes together as arbitrary polygonal meshes, take the hanging-nodes on slip-line naturally as the nodes of the polygon,and construct unified conservative diffusion schemes with high accuracy and highly efficient solving algorithms.The project will try to unify the algorithm design with the code design and provide a new way for radiation code to realize the function of slip-line calculation. And also,the project is to propose the radiation diffusion finite volume computational methods on unstructured polygonal meshes suitable for fluid slip-line calculation,develop the radiation diffusion code with unstructured polygonal meshes and couple it with the hydrocode,and verify the slip-line calculation function with emphasis for the radiation code in order to provide method and code supports for the physical analysis and mechanism research of the related issues in weapon physics and ICF.

辐射流体力学问题的数值模拟在国民经济、能源问题和国防建设等诸多领域具有重要作用，滑移计算是拉氏辐射流体程序能否适应实际工程物理问题数值模拟的关键问题之一。通常，滑移网格与内部网格具有不同的网格拓扑关系，滑移计算需特别处理，为基于其上的扩散格式构造及迭代求解算法设计带来很大困难。本项目拟针对辐射流体问题中的辐射扩散计算，将滑移网格与内部网格一起按任意多边形网格统一管理，滑移线上的悬点自然地视为多边形网格的节点，构造统一的高精度守恒型扩散格式及高效求解算法，统一算法设计与程序设计，为辐射程序实现滑移计算功能提供一条新的途径。发展适用于流体滑移计算的多边形网格辐射扩散有限体积计算方法，开发非结构多边形网格辐射扩散程序并与流体程序耦合，重点考察辐射程序的滑移计算功能，为武器物理和ICF中相关问题的物理分析和机理研究提供方法和程序支持。

在实际工程设计中，通常涉及多物理过程，如ICF（惯性约束聚变）中的流体力学、辐射输运、电子热传导、离子热传导都是非常重要的物理过程。由于轻重介质之间的相互作用，导致界面处网格拉伸严重，降低了计算精度，甚至会引起计算中止，为减少界面附近网格的形变，需考虑多介质界面的滑移算法。目前实际应用程序中计算辐射流体力学问题时，流体计算考虑滑移，当轻重界面两侧的网格发生滑移而导致网格不匹配时，采用重分技术将网格调整为匹配网格并重映物理量，然后再进行能量方程的求解，计算热传导和粒子输运过程。过多的重分重映必然会损失模拟精度，因此，发展实际应用程序的辐射滑移计算功能十分必要。.本项目基于非结构任意多边形网格管理，将力学计算滑移后带有悬点的界面，按任意多边形处理，研究了适应流场特征的网格生成方法、拉氏流体力学滑移算法、非匹配多边形网格扩散计算方法与程序、辐射流体总体滑移计算等，发展了非结构网格开穴滑移功能、非匹配多边形网格菱形扩散格式、与网格拓扑无关的高精度节点量加权方式、扩散方程全隐离散形成的非线性方程组健壮的迭代求解算法、辐射计算温度出负时的后处理守恒保正算法，设计了独立、高效的非结构任意多边形网格底层数据结构，研制了非匹配多边形网格辐射扩散程序DIFFUG，并与拉氏流体力学主体程序LAD2D耦合，实现了辐射流体力学多介质界面滑移计算，巧妙解决了多介质辐射界面滑移计算的难题，提高了拉氏辐射流体力学程序模拟实际工程物理问题的适应能力。