三维定常/非定常Stokes方程的维数分裂算法

本文针对三维柱形区域提出了定常/非定常Stokes方程基于一致分裂格式的维数分裂算法(DSA).文章推导了三维定常/非定常Stokes方程维数分裂方法的数值迭代格式.新算法的优势在于一系列的二维问题能够并行执行,而且数值计算中避免了三维网格的生成.大量的数值结果表明新算法既能获得最优收敛阶,而且能获得比采用四面体元求解更精确的逼近解.最后,通过采用并行求解新算法能够得到比较好的加速比和并行效率.     

半正定线性系统广义非定常多分裂二阶段迭代方法的收敛性

为了高效求解正定或半正定的大型稀疏线性方程组,在第一阶段采用经典矩阵分裂的基础上,广义非定常多分裂二阶段迭代方法的第二阶段分裂融合了多分裂和矩阵预处理技术,对非定常多分裂二阶段迭代方法进行了推广。为了研究收敛性,将该迭代方法的算法形式和逻辑语言表达形式改写为紧凑的迭代格式。由此得到,广义非定常多分裂二阶段迭代算法在一个充分条件下收敛。最后,具有五对角系数矩阵的大型稀疏线性系统的数值算例验证了广义非定常多分裂二阶段迭代算法的普适性,并且从迭代次数和\,CPU\,时间上体现了算法的高效性。     

非定常N-S方程的双重网格数值模拟

本文采用全离散双重网格算法（时间变量采用Eular全隐式格式离散,空间变量采用混合有限元离散）,对非定常Navier-Stokes（N-S）方程进行数值模拟.双重网格算法的基本思想是,首先在粗网格有限元空间X^H上求解一个非线性问题,然后在细网格有限元空间Xh（h＜＜H）上求解一个线性问题.数值实验结果表明：在保持几乎相同精度的前提下,双重网格算法比标准有限元算法节省近一半的计算时间,说明了新算法求解非定常N-S方程的可行性和高效性.     

求解非定常N-S方程的稳定化分数步长法研究

本文研究了求解非定常Navier-Stokes方程的稳定化分数步长法.首先,通过一阶精度的算子分裂,将非线性项和不可压缩条件分裂到两个不同的子问题中,并对非线性项采用Oseen迭代.格式分为两步:第一步求解一个线性椭圆问题;第二步求解一个广义的Stokes问题.这两个子问题关于速度都满足齐次Dilichlet边界条件.同时,在格式的第二步添加了局部稳定化项,使用等阶序对来加强数值解的稳定性.通过能量估计方法,对速度与压力做了收敛性分析和误差估计.最后,数值实验验证了方法的有效性.     

算子分裂法求解对流–扩散–反应方程

采用一阶精度的Lie分裂求解对流–扩散–反应方程,在每个时间步内,对于要求解的两个方程,关于时间分别采用特征线和欧拉方法进行离散,空间采用P2元进行离散.这两个方程,一个沿着特征线为常微分方程,另一个为典型的抛物型方程.同时导出了适合分裂方程的中间边界条件,分析了其分裂误差.数值结果表明,所提方法能够有效的求解对流–扩散–反应方程.     

非定常Stokes方程一种基于完全重叠型区域分解的有限元并行算法

基于完全重叠型区域分解技巧,本文提出了一种求解非定常Stokes方程的有限元并行算法。该算法的基本思想是首先对空间施行完全重叠型区域分解,然后各个处理器使用向后Euler格式独立并行求解关于时间t的常微分方程;在整个关于时间的迭代过程中,无需处理器间的通信,具有良好的并行性能。该算法中每个处理器所负责的子问题是一个全局问题,它定义在整个求解区域上,但绝大部分自由度来自其所负责的子区域,从而使得该算法稍加修改现有的串行程序即可实现相应的并行计算,实现简单,具有重要的使用价值。同时通过数值算例,在曙光集群并行机上编程实现了上述算法,验证了其有效性。     

并行求解线性方程组的非定常二级多分裂迭代方法

提出了并行求解线性方程组的非定常二级多分裂迭代方程（简称ＮＳＴＳＭ方法），方法中内代数ｓ（ｉ）可随ｉ而变化，其中ｉ表示第ｉ步外迭代；给出了保证对任意ｓ（ｉ）≥１，ｉ＝１，２．．．，方法均收敛的关于分裂的条件；进一步研究了系数矩阵为Ｈ矩阵时（此时不要求是单调的），方法的收敛性，数值例子表明：ＮＳＴＳＭ方法是有效的。     

叶栅内非定常不可压流动的数值模拟

基于SMAC(SimplifiedMarkerandCell)方法推导出直接求解二维非定常、不可压N-S方程的隐式数值方法。求解的基本方程是任意曲线坐标系中以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程。采用该方法,对二维叶栅非定常分离流场进行了数值模拟,叶栅表面压力的计算结果与试验结果相比比较吻合,从而验证了这种方法的可靠性。同时对叶栅非定常流场的流场结构和流动机理做了初步的探讨。在均匀来流和定常边界条件下,叶栅内部流动表现出强烈的非定常性;在小冲角和高雷诺数时,叶栅尾部产生类似卡门涡街的周期性流动。     

输电线雾凇覆冰过程的二维数值模拟

基于拉格朗日法提出了一种输电线表面雾凇覆冰过程的二维数值模拟方法.采用同位网格上的SIMPLE算法求解非定常不可压缩流动的RANS方程和SST-κ-ω湍流模型以获得空气流场;采取拉格朗日法跟踪流场中过冷水滴的运动轨迹得到输电线表面各控制体的瞬时局部碰撞率;求解基于Messinger控制容积法建立的覆冰热力学方程以获得各...     

基于Leonard规正变量的修正高分辨率组合格式

通过对规正变量进行重构,本文提出了求解对流扩散方程的修正高分辨率组合格式,它能够求解边界层和大梯度等问题.首先,根据规正变量的定义得出了组合格式的通用表达式,然后对时间项采用二阶中心差分格式,得到了对流扩散方程的离散表达式,对离散化得到的代数方程组采用TDMA算法求解,并推导出了组合格式计算过程迭代收敛时所满足的充分条件.数值实验表明:新格式具有分辨率高,数值耗散较低,总偏差量较小,能很好模拟场变量的大梯度变化,计算结果优于传统格式.     

耦合对流传热的Stokes流体形状优化设计

本文研究了耦合对流传热的Stokes流体中的形状优化问题.利用不可压缩的定常Stokes方程耦合对流传热的模型来描述流体的特性,运用形状导数方法分析依赖于区域的状态方程解的极小化问题.通过引入共轭状态方程,计算出目标函数的微分形式,并构造求解该形状优化问题的梯度型算法.数值实验的结果验证了所用方法的有效性和可行性.     

氧碘化学激光器组分超音速混合反应数值模拟

采用数值方法求解二维可压缩非定常N-S方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的组分超音速混合反应流场.空间离散格式为AUSM -up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解.假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型.使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题.给出了出口处碘分子的质量分数分布,数值模拟结果与文献结果符合良好.     

岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别

针对岩石蠕变的非线性特征,提出了一种非线性黏壶元件,并分别替换Burgers模型中的两个线性黏壶元件,从而建立了一种非定常参数Burgers模型。推导了非定常Burgers模型的一维蠕变方程,分析模型参数λ₁与λ₂取值范围对蠕变方程的影响,从理论上确定了非定常模型能够描述蠕变的3个阶段。在此基础上,将非定常Burgers模型的蠕变方程推广至三维应力状态下,并基于Levenberg-Marquardt算法对向家坝岩石的三轴压缩蠕变试验曲线进行拟合及参数识别。通过对比定常与非定常Burgers模型的拟合曲线与相关系数,可以发现非定常Burgers模型拟合效果更好,且能够准确描述包括加速蠕变在内的岩石三阶段蠕变特性,验证了所构建非线性模型的适用性与合理性。     

一维非定常对流扩散方程非均匀网格上的高精度紧致差分格式

本文在非均匀网格上给出了求解非定常对流扩散方程的一种高精度紧致差分格式,特别适合边界层和大梯度等问题的求解.从稳态对流扩散方程入手,首先,基于非均匀网格上的泰勒级数展开对空间导数项进行离散,然后对时间项采用二阶向后欧拉差分公式,从而得到一维非定常对流扩散方程在非均匀网格上的三层全隐式紧致差分格式.新格式在时间具有二阶精度,空间具有三到四阶精度,并且是无条件稳定的.最后,通过数值实验验证了本文格式的精确性,以及在处理诸如边界层和大梯度问题上的优势.     

修正局部Crank-Nicolson方法对二维非定常对流扩散方程的应用

本文利用修正局部Crank-Nicolson方法求解二维非定常对流扩散方程.首先,将二维非定常对流扩散方程转化为二维非定常热传导方程.其次,将二维非定常热传导方程转化为常微分方程组,利用指数函数的Trotter积公式近似该常微分方程组的系数矩阵并将其分离成分块小矩阵及Crank-Nicolson法求出结果,从而推出二维非定常对流扩散方程的修正局部Crank-Nicolson方法.所提方法具有计算量少,精度较高,无条件稳定的显著优点.最后,利用数值实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,所提方法能够得到与真解吻合的计算结果,因而具有很好的应用价值与推广意义.     

任意多边形上非定常扩散方程的单元中心型有限体积格式

针对二维非定常扩散方程,构造适用于任意多边形网格的单元中心型有限体积格式。采用向后欧拉格式进行时间离散,空间上在离散扩散算子时,利用网格顶点作为辅助插值点,通过求解一个欠定方程组将辅助插值点信息替换成网格单元中心点信息,最终得到只含单元中心未知量的离散格式。该格式既满足局部守恒条件,又满足线性精确准则。在几类多边形网格上进行数值实验,分别考虑扩散系数是连续和间断的情况,发现新格式均可达到二阶收敛。其数值表现显著优于算数平均加权和逆距离加权的九点格式,与双线性插值的加权方式结果相近,并且克服了双线性插值加权方式不适用于三角形网格的弊端。数值算例表明新格式求解非线性扩散方程仍然可以达到二阶收敛。     

求解Helmholtz方程的快速算法（英文）

本文提出了求解Helmholtz方程的一个新的快速算法.该算法是建立在有重叠区域的区域分解算法之上的.该算法首先对求解区域进行层次的区域分解,然后建立了各层次的子区域上的入射波到出射波的映射,最后通过层次的传播波的信息,得到Helmholtz方程的解.该方法具有计算复杂度小、适合大规模并行计算的优点,数值实验表明,该方法能够有效的并行求解有上亿自由度的二维Helmholtz方程.     

定常对流扩散反应方程非均匀网格上高精度紧致差分格式

本文构造了非均匀网格上求解定常对流扩散反应方程的高精度紧致差分格式.我们首先基于非均匀网格上函数的泰勒级数展开,给出了一阶导数和二阶导数的高阶近似表达式;然后将模型方程变形,借助于对流扩散方程高精度紧致格式构造的方法,结合原模型方程,得到定常对流扩散反应方程的高精度紧致差分格式;最后给出的数值算例验证了本文格式高精度和高分辨率的优点.     

各向异性扩散问题的一个单元中心型有限体积格式

在辐射流体力学的数值模拟中,扩散算子的高效高精度离散是一个十分重要的问题.本文研究各向异性扩散方程在任意多边形网格上的数值求解问题,我们利用调和平均点和线性精确方法,构造了一个单元中心型有限体积格式.该格式只含有单元中心未知量,满足局部守恒条件,有紧凑的计算模板,在结构四边形网格上退化为一个九点格式.由于调和平均点插值算法是一个具有两点模板的二阶保正算法,因此,采用单元边上的调和平均点为插值节点,使得离散格式十分简洁,容易实施.此外,我们在格式构造中仅采用了二、三维网格的共有拓扑关系,使格式容易向三维问题推广,大部分程序代码可实现二、三维公用.我们采用典型的大变形扭曲网格及典型的扩散算例(包括连续和间断的扩散张量)对所提出的新格式进行了测试,数值算例表明,新格式在许多扭曲的多边形网格上具有二阶精度.     

非定常不可压缩Navier-Stokes方程的特征稳定化非协调有限元方法（英文）

数值求解非定常不可压缩Navier-Stokes方程的难点之一在于强烈的非线性容易引发非物理震荡,本文结合可以有效减弱此种震荡的特征线离散方法,基于局部Gauss积分之差的稳定化格式,采用最低等阶非协调混合有限元对NCP1-P1,构造出求解非定常不可压缩Navier-Stokes方程的特征稳定化非协调混合有限元方法.证明了该方法的全离散格式是无条件稳定的,并给出逼近解的相应误差估计.