Liou-Steffen splitting (AUSM) schemes are popular for low Mach number simulations, however, like many numerical schemes for compressible flow they require careful modification to accurately resolve convective features in this regime. Previous analyses of these schemes usually focus only on a single discrete scheme at the convective limit, only considering flow with acoustic effects empirically, if at all. In our recent paper Hope-Collins & di Mare, 2023 we derived constraints on the artificial diffusion scaling of low Mach number schemes for flows both with and without acoustic effects, and applied this analysis to Roe-type finite-volume schemes. In this paper we form approximate diffusion matrices for the Liou-Steffen splitting, as well as the closely related Zha-Bilgen and Toro-Vasquez splittings. We use the constraints found in Hope-Collins & di Mare, 2023 to derive and analyse the required scaling of each splitting at low Mach number. By transforming the diffusion matrices to the entropy variables we can identify erroneous diffusion terms compared to the ideal form used in Hope-Collins & di Mare, 2023. These terms vanish asymptotically for the Liou-Steffen splitting, but result in spurious entropy generation for the Zha-Bilgen and Toro-Vasquez splittings unless a particular form of the interface pressure is used. Numerical examples for acoustic and convective flow verify the results of the analysis, and show the importance of considering the resolution of the entropy field when assessing schemes of this type.


翻译:Liou-Steffen(AUSM)方案在低马赫数模拟中很受欢迎,然而,像许多针对可压缩流的数值方案一样,它们需要仔细地修改以准确地解决该区域的对流特征。以往这些方案的分析通常仅关注于固有层散的离散方案,仅当有必要时才经验性地考虑带有声学效应的流体。在我们最近的 Hope-Collins & di Mare, 2023 论文中,我们推导出低马赫数方案在有/无声学效应流体中的人工扩散缩放的约束条件,并将此分析应用于Roe型有限体积方案。本文形成了 Liou-Steffen 分裂、密切相关的 Zha-Bilgen 和 Toro-Vasquez 分裂的近似扩散矩阵。我们使用 Hope-Collins & di Mare, 2023 中找到的约束条件来推导和分析每个分裂在低马赫数时所需的缩放。通过将扩散矩阵转换为熵变量,我们可以确定与 Hope-Collins & di Mare, 2023 中使用的理想形式相比而言的错误扩散术语。对于 Liou-Steffen 分裂,这些术语在渐近意义下消失,但对于 Zha-Bilgen 和 Toro-Vasquez 分裂,除非使用特定形式的界面压力,否则会导致虚假熵产生。声学和对流流量的数值示例验证了分析的结果,并显示在评估此类方案时考虑熵场的分辨率的重要性。

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