The shock instability problem commonly arises in flow simulations involving strong shocks, particularly when employing high-order schemes, limiting their applications in hypersonic flow simulations. This study focuses on exploring the numerical characteristics and underlying mechanisms of shock instabilities in fifth-order finite-volume WENO schemes. To this end, for the first time, we have established the matrix stability analysis method for the fifth-order scheme. By predicting the evolution of perturbation errors in the exponential growth stage, this method provides quantitative insights into the behavior of shock-capturing and helps elucidate the mechanisms that cause shock instabilities. Results reveal that even dissipative solvers also suffer from shock instabilities when the spatial accuracy is increased to fifth-order. Further investigation indicates that this is due to the excessively high spatial accuracy of the WENO scheme near the numerical shock structure. Moreover, the shock instability problem of fifth-order schemes is demonstrated to be a multidimensional coupling problem. To stably capture strong shocks, it is crucial to have sufficient dissipation on transverse faces and ensure at least two points within the numerical shock structure in the direction perpendicular to the shock. The source location of instability is also clarified by the matrix stability analysis method, revealing that the instability arises from the numerical shock structure. Additionally, stability analysis demonstrates that local characteristic decomposition helps mitigate shock instabilities in high-order schemes, although the instability still persists. These conclusions pave the way for a better understanding of the shock instability in fifth-order schemes and provide guidance for the development of more reliable high-order shock-capturing methods for compressible flows with high Mach numbers.


翻译:强激波模拟中常见的激波不稳定性问题,尤其在高阶格式应用时更为突出,这限制了其在高超声速流动模拟中的应用。本研究聚焦于五阶有限体积WENO格式中激波不稳定性的数值特征及潜在机理。为此,我们首次建立了五阶格式的矩阵稳定性分析方法。通过预测误差扰动在指数增长阶段的演化规律,该方法可定量揭示激波捕获行为特性,并阐明导致激波不稳定性的机制。结果表明:当空间精度提升至五阶时,即使具有耗散特性的求解器也会出现激波不稳定性。进一步研究发现,这是由于数值激波结构附近WENO格式的空间精度过高所致。此外,五阶格式的激波不稳定性被证实是多维耦合问题。要稳定捕获强激波,关键需在横向界面提供足够耗散,并确保激波垂直方向数值结构内至少包含两个网格点。矩阵稳定性分析方法还明确了不稳定性源位置,证实不稳定性源于数值激波结构。稳定性分析进一步表明,局部特征分解虽有助于缓解高阶格式中的激波不稳定性,但该不稳定性问题依然存在。这些结论为深入理解五阶格式激波不稳定性机理奠定了基础,并为发展适用于高马赫数可压缩流的高可靠高阶激波捕获方法提供了指导。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月22日
VIP会员
最新内容
失去控制的指挥:人工智能时代的任务式指挥
专知会员服务
4+阅读 · 9月11日
美国的新国家安全科技战略思考
专知会员服务
2+阅读 · 9月11日
综述 | 面向大模型智能体的图结构个性化记忆
专知会员服务
6+阅读 · 9月10日
人工智能与未来空战管理
专知会员服务
7+阅读 · 9月9日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员