Численное моделирование ударно-волновых течений с помощью моментных уравнений



Numerical simulation of shock flows based on moment equations

The article is devoted to numerical method of solution of Grad’s moment equations [1] and regularized Grad’s moment equations [2] for two-dimensional flows. The numerical method is formulated as an extension of explicit high order Godunov method [7] with linear flow parameter reconstruction. Conservative variable fluxes on computational cell edges are evaluated with approximate HLL Riemann solver. Modified explicit/implicit Runge − Kutta method of second order of accuracy is used for time approximation. Some examples of shock flow calculation are presented.


В работе рассматривается численный метод решения моментной системы уравнений Грэда [1] и регуляризованной моментной системы [2] в двумерном случае. Предложенный численный метод представляет собой вариант явного метода Годунова повышенного порядка точности [7] с использованием линейного восстановления параметров течения на расчетном слое. Потоки консервативных переменных через грани контрольного объема рассчитываются с помощью приближенного по методу HLL решения задачи Римана. Для аппроксимации системы уравнений по времени используется модифицированный явно-неявный метод Рунге − Кутты 2-го порядка [8]. Даны примеры применения метода для расчета течений с ударными волнами.

метод Годунова, ударно-волновое течение, моментная система


1. H. Grad, On the kinetic theory of rarefied gases // Comm. Pure Appl. Math., 1949, 2, 331–407.
2. H. Struchtrup, M. Torrilhon, Regularization of Grad’s 13-moment-equations: Derivation and linear analysis // Phys. Fluids, 2003, 15, 2668–2680.
3. M. Torrilhon, Two-dimensional bulk microflow simulations based on regularized Grad’s 13-moment equations // Multiscale Model. Simul., 2006, 5, 3, 695–728.
4. M. Torrilhon and H. Struchtrup, Regularized 13-moment equations: shock structure calculations and comparison to Burnett models // J. Fluid Mech., 2004, 513, 171–198.
5. K. Xu, Regularization of the Chapman-Enskog expansion and its description of shock structure // Phys. Fluids, 2002, 14, L17–L20.
6. T.G. Elizarova, I.A. Shirokov, S. Montero, Numerical simulation of shock-wave structure for argon and helium // Phys-ics of Fluids, 2005, 17, 068101.
7. Иванов И.Э., Крюков И.А. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа // Математическое моделирование, 1996, 8, 6, 47−55.
8. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Математическое моделирование, 2009, 21, 12, 103−121.