Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

毕胜; 周建中; 陈生水; 张华杰; 刘懿; 赵越

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Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越

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毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越. Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型[J]. 水科学进展, 2013, 24(5): 706-714.

引用本文:

毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越. Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型[J]. 水科学进展, 2013, 24(5): 706-714.

BI Sheng, ZHOU Jianzhong, CHEN Shengshui, ZHANG Huajie, LIU Yi, ZHAO Yue. A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(5): 706-714.

Citation:

BI Sheng, ZHOU Jianzhong, CHEN Shengshui, ZHANG Huajie, LIU Yi, ZHAO Yue. A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(5): 706-714.

Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

毕胜^1,2,
周建中^1,2,,
陈生水³,
张华杰^1,2,
刘懿^1,2,
赵越^1,2

1.
华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;
2.
数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;
3.
南京水利科学研究院, 江苏南京 210029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51239004);水利部公益性行业科研专项经费资助项目(201001080)

详细信息

作者简介:
毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

通讯作者:
周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

中图分类号: TV131.2

A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes

1.
School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2.
Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China;
3.
Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51239004) and the National Non-Profit Research Program of China (No.201001080).

摘要: 针对复杂流体运动中物质输运方程的数值求解面临地形复杂、数值阻尼过大以及数值振荡等难题,建立了Godunov格式下求解二维水流-输运方程的高精度耦合数学模型,提出了集成输运对流项的HLLC (Harten-Lax-van Leer-Contact)型近似黎曼算子,可同时计算水流通量及输运通量,不仅有效模拟了复杂地形上水流运动,而且解决了输运方程中对流项产生的数值阻尼过大和不稳定振荡等难题。采用水深-水位加权重构技术和Minmod限制器,提高了模型处理复杂混合流态的能力,同时结合Hancock预测-校正方法,使模型具有时空二阶精度。算例结果表明,模型精度高、稳定性好,能有效抑制数值阻尼,适合模拟实际复杂流体运动中物质的输运过程,具有较好的推广应用价值。
- Godunov格式 /
- 水流-输运耦合模型 /
- 水深-水位加权变量重构技术 /
- HLLC黎曼求解 /
- Minmod限制器
Abstract: Numerical solution of flow-transport equations usually has to handle complex surface topography, numerical damping effect and numerical oscillation. In order to solve these problems, a high-performance Godunov-type finite volume model is proposed. An approximate Harten-Lax-van Leer-Contact (HLLC) Riemann solver for the integration of transport convection terms is used in the model development to calculate the mass fluxes and transport fluxes. The model can capture shock waves, reduce the numerical damping effect and overcome the numerical oscillation problems. A weighted surface-depth gradient method and the Minmod limiter are used for water depth's reconstruction to improve the model accuracy. Moreover, the Hancock predictor-corrector method is adopted for time stepping. Numerical results show that the proposed model is highly accurate and stable, and can significantly reduce the numerical damping effect. Thus, the model is suitable for simulating the transport problems in complex water flow and has a wide range of application potentials.
- Godunov’s scheme /
- flow-transport coupled model /
- a weighted surface-depth gradient method /
- Harten-Lax-van Leer-Contact Riemann solver /
- Minmod limiter

[1]	孙万光, 李成振, 马军, 范宝山. 基于精确Riemann求解器的明满流过渡过程模拟 . 水科学进展, 2020, 31(6): 936-945. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.06.013
[2]	包为民, 周俊伟, 江鹏, 丁伯良, 王浩. 水位流速耦合演算模型研究 . 水科学进展, 2015, 26(6): 795-800. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.06.005
[3]	宋利祥, 杨芳, 胡晓张, 杨莉玲, 周建中. 感潮河网二维水流-输运耦合数学模型 . 水科学进展, 2014, 25(4): 550-559.
[4]	房克照, 邹志利, 孙家文, 刘忠波. 扩展型Boussinesq水波方程的混合求解格式 . 水科学进展, 2013, 24(5): 699-705.
[5]	周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.
[6]	姜晓明, 李丹勋, 王兴奎. 基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型 . 水科学进展, 2012, 23(2): 214-221. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.019
[7]	章少辉, 许迪, 李益农, 白美健. 一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型——Ⅰ.模型建立 . 水科学进展, 2011, 22(2): 189-195.
[8]	章少辉, 许迪, 李益农, 白美健. 一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型——Ⅱ.模型验证 . 水科学进展, 2011, 22(2): 196-202.
[9]	宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型 . 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
[10]	张大伟, 程晓陶, 黄金池, 何晓燕. 基于Godunov格式的溃坝水流数学模型 . 水科学进展, 2010, 21(2): 167-172.
[11]	赖锡军. 水动力学模型与集合卡尔曼滤波耦合的实时校正多变量分析方法 . 水科学进展, 2009, 20(2): 241-248.
[12]	顾峰峰, 倪汉根, 戚定满, 郁微微. AUSM格式在二维浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2008, 19(5): 624-629.
[13]	潘存鸿. 三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式 . 水科学进展, 2007, 18(2): 204-209.
[14]	丁玲, 逄勇, 赵棣华, 吴建强, 吕俊. 通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析 . 水科学进展, 2004, 15(5): 561-565.
[15]	潘存鸿, 林炳尧, 毛献忠. 一维浅水流动方程的Godunov格式求解 . 水科学进展, 2003, 14(4): 430-436.
[16]	赵棣华, 姚琪, 蒋艳, 杨珏, 逄勇. 通量向量分裂格式的二维水流-水质模拟 . 水科学进展, 2002, 13(6): 701-706.
[17]	马国涛, 邵龙潭, 丛龙飞, 冯恩民. 水流入渗和气体驱替过程二维问题的耦合求解 . 水科学进展, 2002, 13(6): 741-746.
[18]	赵棣华, 戚晨, 庾维德, 徐葆华, 裴中平. 平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型 . 水科学进展, 2000, 11(4): 368-374.
[19]	谭维炎, 胡四一. 浅水流动计算中—阶有限体积法Osher格式的实现 . 水科学进展, 1994, 5(4): 262-270.
[20]	谭维炎, 胡四一. 二维浅水流动的一种普适的高性能格式——有限体积Osher格式 . 水科学进展, 1991, 2(3): 154-161.

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Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;

3. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51239004);水利部公益性行业科研专项经费资助项目(201001080)

作者简介:
毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

收稿日期: 2012-11-29
刊出日期: 2013-09-27

中图分类号: TV131.2

关键词:

摘要: 针对复杂流体运动中物质输运方程的数值求解面临地形复杂、数值阻尼过大以及数值振荡等难题,建立了Godunov格式下求解二维水流-输运方程的高精度耦合数学模型,提出了集成输运对流项的HLLC (Harten-Lax-van Leer-Contact)型近似黎曼算子,可同时计算水流通量及输运通量,不仅有效模拟了复杂地形上水流运动,而且解决了输运方程中对流项产生的数值阻尼过大和不稳定振荡等难题。采用水深-水位加权重构技术和Minmod限制器,提高了模型处理复杂混合流态的能力,同时结合Hancock预测-校正方法,使模型具有时空二阶精度。算例结果表明,模型精度高、稳定性好,能有效抑制数值阻尼,适合模拟实际复杂流体运动中物质的输运过程,具有较好的推广应用价值。

English Abstract

A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China;

3. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51239004) and the National Non-Profit Research Program of China (No.201001080).

Received Date: 2012-11-29
Publish Date: 2013-09-27

Keywords:

Godunov’s scheme /
flow-transport coupled model /
a weighted surface-depth gradient method /
Harten-Lax-van Leer-Contact Riemann solver /
Minmod limiter

Abstract: Numerical solution of flow-transport equations usually has to handle complex surface topography, numerical damping effect and numerical oscillation. In order to solve these problems, a high-performance Godunov-type finite volume model is proposed. An approximate Harten-Lax-van Leer-Contact (HLLC) Riemann solver for the integration of transport convection terms is used in the model development to calculate the mass fluxes and transport fluxes. The model can capture shock waves, reduce the numerical damping effect and overcome the numerical oscillation problems. A weighted surface-depth gradient method and the Minmod limiter are used for water depth's reconstruction to improve the model accuracy. Moreover, the Hancock predictor-corrector method is adopted for time stepping. Numerical results show that the proposed model is highly accurate and stable, and can significantly reduce the numerical damping effect. Thus, the model is suitable for simulating the transport problems in complex water flow and has a wide range of application potentials.

毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越. Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型[J]. 水科学进展, 2013, 24(5): 706-714.

引用本文:

毕胜, 周建中, 陈生水, 张华杰, 刘懿, 赵越. Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型[J]. 水科学进展, 2013, 24(5): 706-714.

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Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

作者简介: 毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes

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Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074; 2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074; 3. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029

作者简介: 毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

通讯作者: 周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

English Abstract

A high-precision two-dimensional flow-transport coupled model based on Godunov’s schemes

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China; 3. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

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作者简介:
毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

通讯作者:
周建中,E-mail:jz.zhou@hust.edu.cn

1. 华中科技大学水电与数字化工程学院, 湖北武汉 430074;

2. 数字流域科学与技术湖北省重点实验室, 湖北武汉 430074;

3. 南京水利科学研究院, 江苏南京 210029

作者简介:
毕胜(1986- ),男,湖北崇阳人,博士研究生,主要从事水力水质数学模型方面的研究。E-mail:bs20040715@126.com

1. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. Hubei Key Laboratory of Digital Valley Science and Technology, Wuhan 430074, China;

3. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China