基于投影法求解不可压缩流的高精度紧致格式

本文建立了一种基于投影法的求解不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程的高精度紧致差分格式。该方法时间上采用Kim和Moin二阶投影法离散,空间上采用高精度紧致格式离散,并提出了一种新的离散压力边界的紧致格式,同时对计算结果进行分析以验证该投影法的精度和格式稳定性。文中Taylor涡列数值计算结果表明,Kim和Moin投影法能使得压力场和速度场均达到时间二阶精度,且高精度紧致格式投影法也具有空间高阶精度。驱动方腔数值模拟结果显示,本文对N-S方程的离散格式具有很好的可靠性,适用于对复杂流体流动的小尺度问题的数值模拟和研究。     

三维Helmholtz方程的高阶隐式紧致差分方法

本文基于二阶导数的四阶Pade型紧致差分逼近式,并结合原方程本身,得到了三维Helmholtz方程的一种四阶精度的隐式紧致差分格式,该格式在每个空间方向上只涉及到三个点处的未知量及其二阶导数值。边界处对于二阶导数的离散格式利用四阶显式偏心格式。然后,利用Richardson外推法、算子插值法及二阶导数在边界点处的六阶显式偏心格式,将本文构造的格式精度提高到六阶。最后,通过数值实验验证了本文方法的精确性和可靠性。     

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.     

求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法

本文给出了一种数值求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法.我们首先将模型方程变形,借助常系数对流扩散方程的指数型高精度紧致差分格式,采用残量修正法得到变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分格式;并从理论上分析了当Pelect数很大时,本文格式达到四阶计算精度时网格步长的限制条件;离散得到的代数方程组可采用追赶法直接求解.数值实验结果与理论分析完全吻合,表明了本文格式对于边界层问题或大梯度变化的物理量求解问题具有的高精度和鲁棒性的优点.     

长短波方程的两个守恒型紧致有限差分格式

本文对一类耦合非线性长短波方程组进行了数值研究，提出了两个四阶紧致有限差分格式，并证明新格式在离散意义下保持原问题的两个守恒性质，即总质量守恒和总能量守恒．数值实验表明本文格式在时间和空间方向分别具有二阶和四阶精度，具有良好的稳定性且在离散意义下很好地保持总质量和总能量守恒．     

一类高阶KdV类型水波方程的多辛Euler-box格式

高阶KdV类型水波方程作为一类重要的非线性方程有着许多广泛的应用前景．本文主要研究高阶KdV类型水波方程的多辛Euler-box格式．首先,通过正则变换,构造了高阶KdV方程的多辛结构,并得到该系统的多辛守恒律、局部能量守恒律和动量守恒律．然后,我们利用Euler-box格式对高阶KdV方程进行离散,并基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了该系统的离散Euler-box格式．我们证明该格式满足离散多辛守恒律,并且给出该格式的向后误差分析．最后,数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性．     

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.     

对称正则长波方程的拟紧致守恒差分格式

本文就对称正则长波方程的初边值问题进行了数值研究,提出了一个三层线性拟紧致差分格式,该格式具有较高精度且合理模拟了初边值问题的守恒性质。文章在先验估计基础上运用能量分析方法分析了格式的稳定性及二阶收敛性。数值结果验证了格式的有效性。     

Ito型耦合KdV方程的高阶保能量方法

构造具有能量守恒特性的Ito型耦合KdV方程的高阶保能量格式在模拟方程的运动中有重要的意义.本文利用四阶平均向量场方法和拟谱方法得到了Ito型耦合KdV方程的高阶保能量格式,并利用高阶保能量格式数值模拟方程孤立波的演化行为.数值结果表明新的高阶保能量格式能很好地模拟Ito型耦合KdV方程孤立波的行为,且精确地保持了方程的离散能量守恒.     

缓增分数阶扩散方程的高阶时间离散LDG方法

研究了缓增分数阶扩散方程的高阶时间离散局部间断Galerkin (Local Discontinuous Galerkin, LDG)方法，不是直接求解缓增分数阶扩散方程，而是首先通过变换将其转化成Caputo型时间分数阶扩散方程。接着，采用L1-2差分逼近离散Caputo型分数阶导数，间断有限元离散空间变量，构造求解模型的全离散LDG格式。证明了所建立的全离散格式为无条件稳定的且具有最优误差阶，两个数值算了验证了所建立数值格式的精度和鲁棒性。数值实验结果表明所建立格式在时间和空间方向均具有高精度。