Group classification of difference schemes for a system of one-dimensional equations of gas dynamics

One-dimensional polytropic gas dynamics equations for plane, radially symmetric, and spherically symmetric flows are considered. Invariant properties of equations are discussed, local conservation laws are derived. Additional conservation laws are written, which take place only in case of special values of adiabatic exponent. Classical difference scheme of Samarsky-Popov for gas dynamics has all difference analogs of conservation laws, except for additional ones. In difference schemes additional conservative laws take place in case of special state equation approximation. Scheme of Samarsky-Popov with special state equation was initially suggested by V.A. Korobitsyn. He described it as ‘thermodynamically consistend’ In current paper group properties, and conservation laws of thermodynamically consistent schemes are discussed, and numerical implementation for plane, cylinder, and spherical flows is perfomed.

Download Full-text

CABARET scheme on moving grids for two-dimensional equations of gas dynamics and dynamic elasticity

Numerical Methods and Programming (Vychislitel'nye Metody i Programmirovanie) ◽

10.26089/nummet.v22r420 ◽

2021 ◽

pp. 306-321

Author(s):

Н.А. Афанасьев ◽

П.А. Майоров

Keyword(s):

Gas Dynamics ◽

Ideal Gas ◽

Two Dimensional ◽

Arbitrary Lagrangian Eulerian ◽

Cabaret Scheme ◽

One Dimensional ◽

Equations Of Gas Dynamics ◽

Dynamic Elasticity ◽

First Case ◽

Lagrangian Variables

Схема КАБАРЕ, являющаяся представителем семейства балансно-характеристических методов, широко используется при решении многих задач для систем дифференциальных уравнений гиперболического типа в эйлеровых переменных. Возрастающая актуальность задач взаимодействия деформируемых тел с потоками жидкости и газа требует адаптации этого метода на лагранжевы и смешанные эйлерово-лагранжевы переменные. Ранее схема КАБАРЕ была построена для одномерных уравнений газовой динамики в массовых лагранжевых переменных, а также для трехмерных уравнений динамической упругости. В первом случае построенную схему не удалось обобщить на многомерные задачи, а во втором — использовался необратимый по времени алгоритм передвижения сетки. В данной работе представлено обобщение метода КАБАРЕ на двумерные уравнения газовой динамики и динамической упругости в смешанных эйлерово-лагранжевых и лагранжевых переменных. Построенный метод является явным, легко масштабируемым и обладает свойством временн´ой обратимости. Метод тестируется на различных одномерных и двумерных задачах для обеих систем уравнений (соударение упругих тел, поперечные колебания упругой балки, движение свободной границы идеального газа). The conservative-characteristic CABARET scheme is widely used in solving many problems for systems of differential equations of hyperbolic type in Euler variables. The increasing urgency of the problems of interaction of deformable bodies with liquid and gas flows requires the adaptation of this method to Lagrangian and arbitrary Lagrangian-Eulerian variables. Earlier, the CABARET scheme was constructed for one-dimensional equations of gas dynamics in mass Lagrangian variables, as well as for three-dimensional equations of dynamic elasticity. In the first case, the constructed scheme could not be generalized to multidimensional problems, and in the second, a time-irreversible grid movement algorithm was used. This paper presents a generalization of the CABARET method to two-dimensional equations of gas dynamics and dynamic elasticity in arbitrary Lagrangian-Eulerian and Lagrangian variables. The constructed method is explicit, easily scalable, and has the property of temporal reversibility. The method is tested on various one-dimensional and two-dimensional problems for both systems of equations (collision of elastic bodies, transverse vibrations of an elastic beam, motion of the free boundary of an ideal gas).

Download Full-text