基于动理学思想的极端条件多介质流动高精度ALE方法

Numerical simulations of multi-fluid flows under extreme conditions (high temperature, pressure and density ratio) have long been the most topic and difficulty in CFD. To capture the interface clearly and couple the generalized equation of state efficiently presents high demand on accurate and robust numerical scheme and interface model. In this work, an efficient and robust one-step scheme with high accuracy both in space and time will be develop based on the gas-kinetic scheme. A no-mixed interface model suitable for the generalized equation of state is also to be established from the kinetic method. Together with the ALE framework, an efficient numerical method combining both high accuracy and strong robustness for multi-fluid flows under extreme conditions will be developed.

数值模拟极端条件（高温、高压、高密度比）下的多介质流动问题一直是计算流体力学的研究要点和难点。高效捕捉清晰物质界面、耦合一般状态方程，对数值离散格式以及界面模型的分辨率与稳健性提出了很高的要求。本项目将基于气体动理学方法发展高效、稳健的单步时空一致高精度格式，基于动理学思想建立适合一般状态方程的清晰物质界面模型，并应用于ALE框架，最终发展适合极端条件多介质流动、兼具高精度与强稳健性的高效模拟方法。

数值模拟极端条件（高温、高压、高密度比）下的多介质流动问题一直是计算流体力学的研究要点和难点。不断提高的精密化模拟需求，对数值离散格式的计算效率和稳健性提出了很高的要求。.本项目基于气体动理学方法发展了高效、稳健的单步时空一致高精度格式。对比常用的Runge-Kutta多步算法，新算法的效率提升了至少一个量级。基于扩散界面方法，将时空一致单步高精度格式拓展到了求解多介质流动扩展欧拉方程，设计了满足物质界面无压力振荡的多介质流动单步高精度格式。在物质界面附近引入新设计的高分辨率算法，最终获得了适合极端条件多介质流动、兼具高精度和高分辨率的数值算法。新算法已经开始着手推广至ALE框架，并已成功应用于国防科研相关领域的实际工程计算平台。