When solving compressible multi-material flow problems, an unresolved challenge is the computation of advective fluxes across material interfaces that separate drastically different thermodynamic states and relations. A popular idea in this regard is to locally construct bimaterial Riemann problems, and to apply their exact solutions in flux computation. For general equations of state, however, finding the exact solution of a Riemann problem is expensive as it requires nested loops. Multiplied by the large number of Riemann problems constructed during a simulation, the computational cost often becomes prohibitive. The work presented in this paper aims to accelerate the solution of bimaterial Riemann problems without introducing approximations or offline precomputation tasks. The basic idea is to exploit some special properties of the Riemann problem equations, and to recycle previous solutions as much as possible. Following this idea, four acceleration methods are developed, including (1) a change of integration variable through rarefaction fans, (2) storing and reusing integration trajectory data, (3) step size adaptation, and (4) constructing an R-tree on the fly to generate initial guesses. The performance of these acceleration methods are assessed using four example problems in underwater explosion, laser-induced cavitation, and hypervelocity impact. These problems exhibit strong shock waves, large interface deformation, contact of multiple (>2) interfaces, and interaction between gases and condensed matters. In these challenging cases, the solution of bimaterial Riemann problems is accelerated by 37 to 83 times. As a result, the total cost of advective flux computation, which includes the exact Riemann problem solution at material interfaces and the numerical flux calculation over the entire computational domain, is accelerated by 18 to 79 times.


翻译:当解决压缩的多材料流动问题时,一个尚未解决的挑战就是计算各种材料界面之间的活性通量,它们使热动力状态和关系大相径庭。在这方面,一个流行的想法是在当地构建双材料Riemann问题,并在通量计算中应用精确的解决方案。然而,对于州的一般方程式,找到里曼问题的确切解决办法是昂贵的,因为它需要嵌入环状圈。由于在模拟过程中制造了大量里曼问题,计算成本往往变得令人望而却步。本文件介绍的工作旨在加速解决里曼两材料问题,而不会引入近似或离线预解任务。在这方面,一个流行的想法是在当地构建双材料里曼问题方程式的某些特殊特性,并在通量计算中应用里曼问题的某些特殊特性,并尽可能地重新循环先前的解决办法。在此想法之后,开发了四种加速方法,包括:(1)通过稀释球迷变变变变变变量,(2)储存和重新使用整合轨迹数据,(3) 级数调整,以及(4)在直径直径上建造一个R-电路路路路,以产生初步猜测。这些加速方法的性方法的性表现,这些加速方法的性方法的性反应在水下,在水下快速变变变变变变的深度变变法中, 深度变变变变法中, 深度变变变法中,在深度变法中, 深度变法 深度变变法 深度变变法 深度变变法中,这些变法 深度变法中,这些变变法的变法的变法的变法的变法,在深度变法 深度变法变法变法变法变法变法变法变法变法变法的变法的变法的变法的变法的变法的变法 。</s>

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