用于三维非均质流场计算的改进流线迎风Petrov-Galerkin (SUPG)方法

摘要：

在流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)稳定有限元方法基础上,通过引入双时间步法和变量分裂算法,发展了一种可用于三维非均质流场计算的改进SUPG方法.该方法摒弃了传统不可压缩流动问题中密度为常数的假定,采用包含密度输运方程的流体运动控制方程;基于变量分裂算法,速度、压强场采用同阶插值函数进行空间离散,使改进SUPG方法具有简明的有限元格式,同时对速度场、压强场进行迭代求解,以降低线性代数方程组的阶数.双时间步法的引入,有利于提高SUPG方法对复杂非定常问题的求解效率.采用该方法对非均质、非定常三维矩形管道重力作用下的自由流动问题进行了分析,研究了重力作用下两种不同密度液体的相对运动过程.计算分析表明:在采用较大时间步的情况下,速度场和压强场在整个流动过程中随时间平稳过渡且分布光滑,没有出现数值波动现象;旋涡位置及其随时间变化的规律与经典文献结果相符,没有出现跳跃和不连续现象.算例分析表明,改进SUPG方法具有良好的计算精度及数值稳定性,可用于三维非均质流动类似问题的研究.

关键词：不可压流动、有限元法、分裂算法、流线迎风

所属期刊栏目：48

分类号：O357.1(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金青年基金资助项目51108210;江苏省博士后基金资助项目1301048C;国家自然科学基金专项数学天元基金资助项目11226308

在线出版日期：2014-03-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：128-134