We compare high-order methods including spectral difference (SD), flux reconstruction (FR), the entropy-stable discontinuous Galerkin spectral element method (ES-DGSEM), modal discontinuous Galerkin methods, and WENO to select the best candidate to simulate strong shock waves characteristic of hypersonic flows. We consider several benchmarks, including the Leblanc and modified shock-density wave interaction problems that require robust stabilization and positivity-preserving properties for a successful flow realization. We also perform simulations of the three-species Sod problem with simplified chemistry with the chemical reaction source terms introduced in the Euler equations. The ES-DGSEM scheme exhibits the highest stability, negligible numerical oscillations, and requires the least computational effort in resolving reactive flow regimes with strong shock waves. Therefore, we extend the ES-DGSEM to hypersonic Euler equations by deriving a new set of two-point entropy conservative fluxes for a five-species gas model. Stabilization for capturing strong shock waves occurs by blending high-order entropy conservative fluxes with low-order finite volume fluxes constructed using the HLLC Riemann solver. The hypersonic Euler solver is verified using the non-equilibrium chemistry Sod problem. To this end, we adopt the Mutation++ library to compute the reaction source terms, thermodynamic properties, and transport coefficients. We also investigate the effect of real chemistry versus ideal chemistry, and the results demonstrate that the ideal chemistry assumption fails at high temperatures, hence real chemistry must be employed for accurate predictions. Finally, we consider a viscous hypersonic flow problem to verify the transport coefficients and reaction source terms determined by the Mutation++ library.


翻译:我们比较了高阶方法,包括光谱差异(SD)、通量重建(FR),恒温不连续不连续的Galerkin光谱元素(ES-DGSEM)方法,模型不连续的Galerkin方法,以及WENO,以选择最佳候选者来模拟超声波特征的强震波。我们考虑了若干基准,包括Leblanc和经修改的冲击密度波互动问题,这需要强大的稳定性和感应力保护特性,才能成功实现流量。我们还模拟了三层温度和简化化学反应的Sodermod 问题,在Euler等式中引入化学反应源术语。 ES-DGSEM计划表现出了最高稳定性、微不足道的数字振动振荡,并且要求用强烈震动波波波波波波来解决反应性流动机制。 因此,我们把ES-DGSEM到超音速变速变速变速方程式的等离子,通过五度变压式气模型将两点保守通性通性通量变。 通过将高调的化学变速变速变速变压的化学变现,我们用高的变速变压的变压变压的变压的变压的变压的变压结果, 也会算算算算算算算算出了高的变法的变法。

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