Monotonicity-Preserving格式在湍流模拟中的性能评估

"这篇论文是2013年4月发表在北京航空航天大学学报上的，主要探讨了Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的表现，对比了它与原始WENO格式和改进型WENO格式的性能差异。作者团队来自北京航空航天大学能源与动力工程学院。" 在数值模拟领域，尤其是在计算流体动力学(CFD)中，准确捕捉流动中的激波和湍流结构是至关重要的。Monotonicity-Preserving(MP)格式是一种旨在保持数值解单调性的高阶激波捕捉方法，由Suresh和Huynh在1997年提出。该格式旨在解决传统迎风格式在处理尖峰和不连续性时产生的振荡问题，同时保持数值稳定性和精度。 本文系统评估了MP格式在模拟复杂流动，特别是湍流大尺度现象时的效果。研究结果显示，MP格式在性能上显著优于原始的Weighted Essentially Non-Oscillatory(WENO)格式，即减少了振荡现象，提高了数值解的质量。此外，MP格式的表现与一些改进后的WENO格式相当，这表明MP格式在捕捉流动细节和保持稳定性方面具有竞争力。 然而，对于湍流模拟，研究发现迎风型的激波捕捉格式，包括MP格式，其性能通常不如高阶中心格式。这主要归因于激波捕捉格式内含的线性和非线性耗散效应，这些耗散效应可能导致对流动细节的损失，尤其是对小尺度湍流结构的捕捉能力减弱。湍流模拟中，保持小尺度脉动结构的精细信息是至关重要的，因为它们直接影响到湍流能量的传输和耗散。 论文指出，改进高阶激波捕捉格式的关键在于平衡线性和非线性耗散。降低这两种耗散可以增强格式对滞流脉动能量的保持能力，同时提升对小尺度波动结构的捕捉能力，从而提高湍流模拟的准确性。这一结论对后续的CFD格式发展提供了理论指导，对于设计更高效、更精确的数值算法有着重要意义。 这篇论文对理解和优化用于湍流模拟的高阶激波捕捉格式提供了深入见解，强调了在设计和改进这类格式时，降低耗散并兼顾捕捉流动细节的重要性。这对未来的CFD研究和工程应用有着积极的推动作用。