强爆炸火球数值模拟中的算子分裂方法

计算物理 ›› 2013, Vol. 30 ›› Issue (3): 379-386.

强爆炸火球数值模拟中的算子分裂方法

闫凯¹, 李若², 田宙¹, 郭永辉¹, 曹渊^1,3

1. 西北核技术研究所, 西安 710024;
2. 北京大学数学系, 北京 100871;
3. 长安大学, 西安 710054

收稿日期:2012-08-29 修回日期:2012-12-06 出版日期:2013-05-25 发布日期:2013-05-25
作者简介:闫凯(1984-),男,陕西西安,助理研究员,研究方向:辐射流体力学,E-mail:yaankai@163.com

An Operator Splitting Method for Numerical Simulation of Strong Explosion Fireball

YAN Kai¹, LI Ruo², TIAN Zhou¹, GUO Yonghui¹, CAO Yuan^1,3

1. Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi'an 710024, China;
2. School of Mathematical Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. College of Environmental Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an 720054, China

Received:2012-08-29 Revised:2012-12-06 Online:2013-05-25 Published:2013-05-25

摘要/Abstract

摘要： 采用算子分裂方法将辐射流体力学方程组分裂为对流项和刚性源项,设计一种高效求解刚性源项方程组的数值方法.数值实验表明:该方法对时间步长不敏感,计算精度能够满足工程计算要求.在不对方程组做任何近似的情况下,数值给出了较长时间内火球冲击波阵面压力峰值及阵面位置的变化,结果与实际强爆炸中的经验公式吻合较好.

关键词: 火球, 辐射流体力学, 刚性源项, 算子分裂方法

Abstract: An operator splitting method is developed for numerical simulation of strong explosion fireball.In the approach the system is split into two parts.One part couples radiation and fluid in a hyperbolic subsystem.Another parabolic part evolves radiation diffusion and source-sink terms.We propose a numerical method for stiff source term.It shows that the method maintains efficiency and satisfies the needs of engineering.At last,spatial distributions of parameters in nuclear explosion reflecting fireball evolution are given.The calculation agrees well with empirical formulas.

Key words: fireball, radiation hydrodynamics, stiff source term, operator splitting method

中图分类号:

闫凯, 李若, 田宙, 郭永辉, 曹渊. 强爆炸火球数值模拟中的算子分裂方法[J]. 计算物理, 2013, 30(3): 379-386.

YAN Kai, LI Ruo, TIAN Zhou, GUO Yonghui, CAO Yuan. An Operator Splitting Method for Numerical Simulation of Strong Explosion Fireball[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2013, 30(3): 379-386.

[1]	房尧立, 王一. 一种求解二维辐射流体力学方程组的显隐式格式[J]. 计算物理, 2021, 38(4): 401-417.
[2]	李康, 李守先, 刘娜. 强爆炸火球辐射流体自适应网格高精度数值模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(2): 146-152.
[3]	郭少冬, 贾祖朋, 熊俊, 周海兵. 基于界面捕捉的三维多介质辐射流体力学方程MMALE计算方法[J]. 计算物理, 2018, 35(2): 127-137.
[4]	李若, 李蔚明, 宋鹏. 辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法[J]. 计算物理, 2017, 34(3): 253-260.
[5]	孙文俊, 范征峰. 辐射流体力学的分子动理学自适应加密方法(英文)[J]. 计算物理, 2015, 32(3): 277-292.
[6]	徐小文, 莫则尧, 刘青凯, 安恒斌. 自适应结构网格上扩散方程隐式时间积分算法及其应用[J]. 计算物理, 2012, 29(5): 684-692.
[7]	田宙, 郭永辉, 乔登江. 地下强爆炸辐射流体动力学过程的二维数值模拟[J]. 计算物理, 2012, 29(3): 361-368.
[8]	张磊, 袁礼. 龙格库塔间断有限元方法在计算爆轰问题中的应用[J]. 计算物理, 2010, 27(4): 509-517.
[9]	戴自换, 邬吉明, 林忠, 符尚武. 二维三温辐射流体力学拉氏计算中的子网格压力方法[J]. 计算物理, 2010, 27(3): 326-334.
[10]	田宙, 乔登江, 郭永辉. 强爆炸早期火球现象的一维数值研究[J]. 计算物理, 2010, 27(1): 8-14.
[11]	李寿佛, 张瑗, 刘玉珍. 热传导方程的一类无网格方法[J]. 计算物理, 2007, 24(5): 573-580.
[12]	杭旭登, 李敬宏, 袁光伟. 大长宽比扭曲网格上辅助网格差分目的[J]. 计算物理, 2007, 24(3): 268-276.