| 用于三维非均质流场计算的改进流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)方法 |
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| 引用本文： | 苏波,韩向科.用于三维非均质流场计算的改进流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)方法[J].西安交通大学学报,2014(3). |
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| 作者姓名： | 苏波 韩向科 |
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| 作者单位： | 江苏大学土木工程与力学学院;中冶天工上海十三冶建设有限公司; |
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| 基金项目： | 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) |
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| 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。
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| 关 键 词： | 不可压流动 有限元法 分裂算法 流线迎风 |
Modified Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG)Strategy for Calculation of Three-Dimensional Heterogeneous Flow Problems |
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