对流扩散问题的一种紧致差分方法

针对一维含源线性对流扩散方程,本文以新的思路构造了一种无条件稳定的二阶基本差分格式,进而通过系数修正给出了一种条件稳定的三阶格式.在格式构造过程中指明了截断误差分析的局限性以及用有限差分格式构造高精度差分格式的真正困难所在,并对常见的几种差分格式从新的角度进行解释分析.数值算例表明本文方法优于以往常用的几种差分格式,且适用于对流占优问题.     

对流—扩散方程的一种高精度优化差分格式

本文提出了数值求解一维对流-扩散方程的一种高精度优化差分格式,计算了三个典型问题并和前人工作进行了比较,获得了更加令人满意的结果。     

对流扩散方程的二阶紧张凑迎风差分格式

本文通过差分格式的摄动处理，提出对流扩散方程的二阶紧凑迎风差分格式。该二阶格式只涉及相邻网格点，具有无条件稳定性，形式与经典一阶迎风格式相同，惟扩散系数中的出现简单的对流修正。本文并作一，二，三维流动模型方程及高Ｒａｙｌｅｉｇｈ数自然对流传热问题的数值求解，例示该格式的良好性态。     

污染物对流扩散方程的几种新的高阶QUICK组合显格式比较研究

本文运用组合式的有限差分QUICK格式,将对流扩散方程进行了高精度离散,通过对流项、时间项、扩散项几种高阶差分格式的优化组合,最终建立了一种时间三阶、对流三阶、扩散二阶的显式差分格式,通过经典的数值算例验证了本格式具有精度高、编程简单、计算速度快的特点。本文还详细介绍了由有限体积法建立的经典QUICK格式和通过有限差分法建立的QUICK格式的区别以及各自的精度,澄清了某些文章作者对QUICK格式的认识偏差。     

二维对流扩散方程非均匀网格上的高阶紧致差分方法

利用降维法导出了非均匀网格上二维对流扩散方程的高精度紧致差分格式, 对于离散得到的代数方程组采用迭代法求解. 数值算例表明, 在相同网格节点数的情况下, 本文基于非均匀网格格式较均匀网格格式具有高精度, 高分辨率的优点, 对于含边界层的对流扩散问题具有很好的适应性.     

对流扩散方程的变步长摄动有限差分格式

摄动有限差分(PFD)方法是构造高精度差分格式的一种新方法。变步长摄动有限差分方法是等步长摄动有限差分方法的发展和推广。对需要局部加密网格的计算问题,变步长PFD格式不需要对自变量进行数学变换,且和等步长PFD格式一样,具有如下的共同特点：从变步长一阶迎风格式出发,通过把非微商项(对流系数和源项)作变步长摄动展开,展开幂级数系数通过消去摄动格式修正微分方程的截断误差项求出,由此获得高精度变步长PFD格式。该格式在一、二和三维情况下分别仅使用三、五和七个基点,且具有迎风性。文中利用变步长PFD格式对对流扩散反应模型方程,变系数方程及Burgers方程等进行了数值模拟,并与一阶迎风和二阶中心格式及其问题的精确解作了比较。数值试验表明,与一阶迎风和二阶中心格式相比,变步长PFD格式具有精度高,稳定性与收敛性好的特点。变步长PFD格式与等步长PFD格式相比,变步长PFD解在薄边界层型区域的分辨率得到了明显的提高。     

一种低耗散、无伪振荡的实用差分格式

探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题，本文在分析SOUCUP格式的基础上，将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了WSUC格式，分析表明，WSUC格式具有整体二阶空间精度，且半离散WSUC格式具有总变差有界性，因而格式可以抑制伪振荡，另外还证明了WSUC格式是无条件对流稳定的，两个典型算例的结果表明，WSUC格式的数值解的精度较SOUCUP格式有了显著的提高，而计算量没有明显增加。     

对流扩散方程的三阶迎风格式的数值摄动高精度重构

利用高智提出的数值摄动算法,把求解对流扩散方程常用三阶迎风格式(3-UDS)(粘性项和对流项分别用二阶中心格式和3-UDS离散)进行了高精度重构,包括使用离散单元内所有节点的全域重构和分别使用上下游节点的上下游重构,得到两类新的更高阶精度迎风差分格式,称为高的迎风差分格式(记作GUDS)。讨论了GUDS的数学性质,GUDS比原来的3-UDS精度显著提高;全域重构的GUDS和3-UDS均为条件稳定,一些上下游重构GUDS为绝对稳定。本文通过稳定性分析和四个算例(一维常系数、变系数、非线性及二维变系数对流扩散方程)的计算证实了GUDS的优良性质。上下游重构GUDS为避免在3-UDS中使用人工粘性提供了一条有效途径,适合于求解高Reynolds数线性和非线性问题。     

对流扩散问题的精确模拟

本文基于特征理论和带一阶导数的三节点插值法则，提出三类新的高精度格式用于模拟纯对流问题。结合文献（１）的算子分裂格式，可用于解热，质污染传输过程的对流扩散反应方程。对典型实例的分析计算表明：算法经济有效，并用于求解热，质污染传输过程的对流扩散反应方程。对典型实例的分析计算表明：算法经济有效，并可抑制对流占优时的严重数值耗散等非物理效应。     

含源项非定常非线性对流扩散方程的三次样条四阶差…

本文提出了一种新的求解含源项，非定常、非线性对流扩散方程的数值方法，首先，将方程在网格域内线性化，再利用变换将对流扩散方程转化为扩散方程，结合具有四阶精度的三次样条公式，最终将方程将散为二层三节点的无条件稳定差分格式，其推导过程简便，精度为时间二阶，空间四阶。     

A robust WENO scheme for nonlinear waves in a moving reference frame

For robust nonlinear wave simulation in a moving reference frame, we recast the free surface problem in Hamilton-Jacobi form and propose a Weighted Essentially Non-Oscillatory(WENO) scheme to automatically handle the upwinding of the convective term. A new automatic procedure for deriving the linear WENO weights based on a Taylor series expansion is introduced. A simplified smoothness indicator is proposed and is shown to perform well. The scheme is combined with high-order explicit Runge-Kutta time integration and a dissipative Lax-Friedrichs-type flux to solve for nonlinear wave propagation in a moving frame of reference. The WENO scheme is robust and less dissipative than the equivalent order upwind-biased finite difference scheme for all ratios of frame of reference to wave propagation speed tested. This provides the basis for solving general nonlinear wave-structure interaction problems at forward speed.     

High-order finite difference solution for 3D nonlinear wave-structure interaction

This contribution presents our recent progress on developing an efficient fully-nonlinear potential flow model for simulating 3D wave-wave and wave-structure interaction over arbitrary depths (i.e. in coastal and offshore environment). The model is based on a high-order finite difference scheme OceanWave3D presented in [1, 2]. A nonlinear decomposition of the solution into incident and scattered fields is used to increase the efficiency of the wave-structure interaction problem resolution. Application of the method to the diffraction of nonlinear waves around a fixed, bottom mounted circular cylinder are presented and compared to the fully nonlinear potential code XWAVE as well as to experiments.

     

基于高阶和高分辨率格式的自然空泡流数值模拟

基于有限体积通量修正,应用了一类高阶迎风对流格式:二阶迎风格式、二次迎风插值格式、三次迎风插值格式及带TVD限制器的高分辨率格式,对于自然空泡湍流流动的数值计算方法进行了研究.计算模型为轴对称圆盘,计算结果表明所有高阶格式都能有效抑制一阶迎风格式产生的假扩散,并得到了更薄,更"透明"的汽-液界面,其中高分辨率TVD格式最好地捕捉到了空泡界面附近物理量的阶跃特性关键词: 自然空泡;高阶迎风对流格式;汽-液界面     

波浪在平缓岸滩上爬坡的有限差分格子Boltzmann模拟

应用有限差分格子Boltzmann方法模拟平缓岸滩上波浪爬坡过程,计算结果和半解析解以及其它数值模型模拟结果吻合.通过和标准格子Boltzmann模型计算结果比较,发现在格子Boltzmann方法的基础上采用高精度有限差分格式离散方程取较大的空间和时间步长就可以得到稳定的计算结果,节省计算时间,可以用于模拟大范围波浪爬坡现象.     

High effective WENO scheme for transonic inviscid flow computation on a helicopter rotor in hover

A high-order upwind scheme with high efficiency has been developed to compute the inviscid flow of a helicopter rotor in hover. For rotary-wing wake capturing, an improved fifth-order weighted essentially non-oscillatory (WENO) scheme is adopted to interpolate higher order left and right states across a cell interface with Roe Riemann solver updating inviscid flux. To improve the efficiency and convergence to steady state, three-level V-cycle multigrid relaxation scheme is used. The performance of the schemes is investigated in a transonic inviscid flow around hovering rotor. The results reveal that WENO has the great capabilities to capture shock with high resolution and has a lower numerical dissipation than MUSCL for capturing wake vorticity. Moreover, multigrid scheme can accelerate convergence to a great extent.

     

ABR处理印染废水的生化反应动力学研究

通过静态试验研究了ABR对印染废水各隔室水解动力学.结果表明,在35 ℃±1 ℃条件下,当各隔室初始COD_(Cr)分别为860 mg/L、677 mg/L、601 mg/L和559 mg/L时,反应3 h后出水COD_(Cr)浓度分别为633 mg/L、555 mg/L、505 mg/L和470 mg/L.第1隔室的去除率约为26.4%,2～4隔室COD_(Cr)去除率相对较低,为15%～18%,4隔室缺氧折流板反应器各隔室的水解速率常数分别为0.119 8 h~(-1)、0.070 2 h~(-1)、0.067 6 h~(-1)和0.068 8 h-1.     

非定常不可压绕流的有限元-有限差分计算

本文用一种有限元-有限差分混合法解不可压非定常Navier-Stokes方程来模拟非定常绕流。在同一时间步的不同计算步中,用三阶迎风差分格式离散动量方程中的对流项,压力修正方程用有限元离散,离散后的方程用直接法求解。本文给出了雷诺数(Re)为1200时的圆柱绕流结果。模拟了突然起动过程中对称主涡和二次涡的发展过程,以及柱后涡街的发展过程中主涡和二次涡的形成、合并、脱落过程。     

高阶数值流形方法在结构静力分析中的应用研究

高阶流形法的主要难点在于,由于覆盖函数项数的显著增加,单元矩阵公式繁琐,其程序代码也大幅增加,而且单纯形积分要求被积函数能够表示成多项式,用手工推导和编程很难实现.针对此问题,提出应用Mathematica软件自动推导公式和生成程序代码的简便方法,并应用此项技术开发了高阶流形法的二维和三维静力分析程序,同时给出多个典型算例.研究结果表明:高阶流形法的确能提高位移和应力的计算精度,也具备反映应力集中和应力奇异性的能力,其计算精度受到覆盖函数的阶次和数学网格划分的双重影响.     

求解二维浅水流动方程的Godunov格式

采用网格变换和Strang算子分裂,以准确Riemann解为基础。建立了求解非平底浅水流动方程的Godunov格式,用“水位方程法（Water Level Formulation)”求Riemann解,结合中心差分和Riemann解离散底坡项,保证了计算格式的和谐性,经验证,方法健全。通用,且分辨率高。