A computationally efficient high-order solver is developed to compute the wall distances by solving the relevant partial differential equations, namely: Eikonal, Hamilton-Jacobi (HJ) and Poisson equations. In contrast to the upwind schemes widely used in the literature, we explore the suitability of high-order central difference schemes (explicit/compact) for the wall-distance computation. While solving the Hamilton-Jacobi equation, the high-order central difference schemes performed approximately $1.4-2.8$ times faster than the upwind schemes with a marginal improvement in the solution accuracy. A new pseudo HJ formulation based on the localized artificial diffusivity (LAD) approach has been proposed. It is demonstrated to predict results with an accuracy comparable to that of the Eikonal equation and the simulations are $\approx$ 1.5 times faster than the baseline HJ solver using upwind schemes. A curvature correction is also incorporated in the HJ equation to correct for the near-wall errors due to concave/convex wall curvatures. We demonstrate the efficacy of the proposed methods on both the steady and unsteady test cases and exploit the unsteady wall-distance solver to estimate the instantaneous shape and burning surface area of a dendrite propellant grain in a solid propellant rocket motor.


翻译:开发了一个计算高效的高序求解器,通过解决相关的部分差异方程式来计算墙距离,即:Eikonal、Hamilton-Jacobi(HJ)和Poisson等方程式。与文献中广泛使用的上风方案相比,我们探索高序中央差异方案(Explic/contact)对墙距离计算是否适合。在解决汉密尔顿-Jacobi等式时,高序中央差异方案比上风方案高出约1.4-2.8倍,其解决方案的准确性稍有改善。提出了一种基于本地人工硬度(LAD)法的新的假HJ配方程式。我们展示了预测结果的准确性,与Eikonal等式公式和模拟的准确性相比,与使用上风法办法的HJ的基线解决办法相比快1.5倍于美元。在HJ等式中央偏差方案中也纳入了曲度校正校正校正,以纠正由于卷/convex墙的准确性差差差造成的近壁差差。我们展示了在稳定和稳定和稳定地压地压地压地压的轨道上,从而将稳定和不稳定地压地压地压磨磨磨磨磨平的硬的地压地压的地压试验中的拟议方法的有效性。

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