二维定常对流扩散方程的一种高精度紧致差分方法

对于二维对流扩散方程,利用一阶和二阶导数的四阶Padé型紧致差分逼近式,结合原方程,得到了求解该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3个点处的未知量及导数值,对导数利用四阶显式偏心格式,然后利用Richardson外推法、算子插值法及导数在边界点处的六阶显式偏心格式,将构造的四阶紧致差分格式的精度提高到六阶。最后通过数值实验验证了该方法的精确性和有效性。     

求解热传导方程的四阶有限容积紧致格式

对非齐次热传导方程提出了一种数值求解的有限容积紧致格式,该格式具有空间上的四阶精度,且与有限差分紧致格式相比,更好地保持了问题的物理守恒性。数值算例表明,在相同的结点下,有限容积紧致格式比有限差分非紧致格式的精度更高。     

对流扩散反应方程基于坐标变换的高阶紧致差分格式

基于非均匀网格,提出了一种求解一维定常对流扩散反应方程的高精度紧致差分格式。首先采用坐标变换方法将原方程由物理空间的非均匀网格转换为计算空间的均匀网格,然后给出一阶导数和二阶导数在均匀网格上的中心差分逼近式,并结合变换后的方程,得到了定常对流扩散反应方程具有四阶精度的紧致差分格式。最后,通过数值算例验证了该方法的精确性和高分辨率的特点。数值实验结果表明,对于所研究问题,该方法较不进行坐标变换而直接在物理域上建立的非均匀网格上的高阶紧致格式具有更高精度。     

反应扩散方程的紧交替方向差分算法

研究了三维常系数反应扩散方程的紧交替方向隐式差分格式.首先综合运用降阶法和降维法导出了紧差分格式,并给出了差分格式截断误差的表达式;其次引进过渡层变量,给出了紧交替方向隐式差分格式算法;利用Fouier稳定性方法证明了差分格式的稳定性和收敛性,且收敛阶为O(τ2+h4),并应用Richardson外推法外推一次得到具有O(τ4+h6)阶精度的近似解.数值实验结果证实,数值结果和理论结果是吻合的.     

改进型Boussinesq方程高精度紧致差分显格式

采用一种高精度的紧致差分显格式对改进型Boussinesq方程进行数值求解;采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta方法进行预报,用三次样条函数进行校正,时间精度可达到四阶;在空间离散上采用六阶精度的三点紧致显格式进行计算;运用以上数值格式对Beji和Nadaoka改进型Boussinesq方程进行了求解,求解证明:高精度的数值结果和已知的试验结果吻合良好.作为验证算例,同时对波浪在台阶上的传播进行了模拟,从效果对比上可以看出,所得结果明显比Kittitanasuan的计算结果更靠近试验值.     

对流方程解的一种高精度特征差分格式

对现有对流方程解的数值格式作了综述，针对现有格式不能良好模拟浓度分布尖陡这一情况，建立了一种近九阶精度的特征差分格式，并给出算例。     

一维抛物型方程的ETF-FDS四-阶紧致差分-MG算法

将ETF-FDS格式和四阶紧致差分格式应用于一维抛物型方程,提出了ETF-FDS四-阶紧致差分-MG格式,用傅里叶方法证明该格式是无条件稳定的,并使用了多重网格法。最后用数值试验验证了方法的精确性与可靠性。     

高阶传统型差分格式在Level Set方法中的应用

随着界面追踪方法的发展,各种高分辨率、高精度的差分格式得到了广泛的应用.在实际计算中,有时人们只追求差分格式的形式,采用流行的差分格式,忽略了高阶传统型差分格式不仅构造简单,而且具有良好的分辨率.用5阶迎风偏斜格式、积分平均型TVD格式和5阶WENO格式求解Level Set方程,通过求解典型的界面追踪效值算例,发现用5阶迎风偏斜差分格式求解Level Set方程不仅构造简单而且计算结果具有很高的精度.     

基于非等距网格的紧致差分方法与经典差分方法的比较

采用泰勒展式系数匹配的方法构造出了非等距网格系统的紧致差分格式,并分析了其截断误差.与经典差分方法进行比较发现,紧致差分格式的基架要少于同价精度的经典差分格式,同价截断误差的紧致差分格式比经典差分格式计算误差小,非等距网格下紧致差分格式对网格的依赖性比经典差分格式强,网格对计算精度的影响较大.     

正则长波方程的拟紧致守恒C—N差分格式

对正则长波方程的初边值问题进行了数值研究,提出了一个两层隐式拟紧致CrankNicolson差分格式,该格式很好地模拟了问题的守恒性质,证明了差分解的存在唯一性,利用能量方法分析了该格式的二阶收敛性与稳定性并利用数值算例进行了验证。     

基于埃尔米特插值的隐式线性多步法公式

为求解常微分方程数值解,文中运用数值积分法,采用埃尔米特插值多项式,推导出三个等距节点的六阶隐式线性多步法公式;并且对所建立公式的精度进行了分析;进一步通过实例运用计算机编程将阿达姆斯外推法等线性多步法和所建立的公式进行了精度比较。结果证明,所建立的隐式线性多步法公式比现有的具有相同节点的线性多步法公式精度更高,求解速度更快,有一定的应用价值。     

抛物型方程的一个六阶精度的差分格式及格式稳定性的—种新的证明方法

用待定系数法构违了六阶差分格式,比已有文献的四阶差分格式提高了精度。格式稳定性的证明方法也是新的。     

基于保色散关系的迎风WENO格式的研究

W ENO(W eighted E ssentially N on-O scillatory)格式能够高分辨率地捕捉诸如激波等间断,而保色散关系(D issipation-R elation-P reserv ing,DRP)格式适宜于处理高频波传播问题。计算气动声学(Com putational-A eroacoustics,CAA)领域有大量的既有高频波传播又带有激波的问题,结合W ENO格式和DRP格式的优点基于保色散关系构造出优化的迎风W ENO格式。数值实验中比较该格式捕捉波数的能力和精度,显示处理CAA基本问题具有高精度、高分辨率的特点。     

紧凑型输电线路相间间隔棒防舞研究

紧凑型输电线路由于相间距离小,导线覆冰舞动造成的相间闪络等危害已经成为紧凑型线路最主要的一种灾害形式.用有限元方法建立了特高压紧凑型连续三档线路相间间隔棒防舞计算模型,给出了4种档距情况下紧凑型线路相间间隔棒一般布置方案及加密布置方案.在4种不同档距及不同风速条件下,通过数值分析得到了相间间隔棒布置方法对舞动幅值及相间距的影响.根据数值计算得到的结果对紧凑型线路的防舞设计具有重要的指导意义.     

对二阶数值微分算法的一些改进与对比试验研究

基于Tikhonov正则化方法,对一种第一类Fredholm积分方程进行离散正则化处理,得到了求解一类带扰动离散数据二阶导数的稳定算法,它在数据的误差水平已知和未知情况下均可应用.基于Richardson外推算法对半离散正则化算法进行了改进.最后设计了全面、系统的数值试验,对现行几种二阶数值微分算法的性能进行测试、比较...     

求解气体动力学方程组的高效差分格式

给出了求解多维无粘可压Euler方程组的二阶半离散中心迎风格式。因考虑到了非线性波在Riemann扇内传播的局部速度，从而能更加准确地估计出局部Riemann扇的宽度，最终既回避了计算网格的交错，又降低了格式的数值粘性，建立了介于迎风格式和中心格式之间的高分辨率的半离散中心迎风格式。同时，该格式利用Tadmor等人的耗散型MinMod限制器和Harten等人的压缩型UNO限制器的凸组合来重构分片线性多项式，不仅能快速求解多维无粘可压Euler方程组，还可有效地防止数值解产生伪振荡。     

A high-order multidimensional gas-kinetic scheme for hydrodynamic equations

This paper concerns the development of high-order multidimensional gas kinetic schemes for the Navier-Stokes solutions.In the current approach,the state-of-the-art WENO-type initial reconstruction and the gas-kinetic evolution model are used in the construction of the scheme.In order to distinguish the physical and numerical requirements to recover a physical solution in a discretized space,two particle collision times will be used in the current high-order gas-kinetic scheme(GKS).Different from the low order gas dynamic model of the Riemann solution in the Godunov type schemes,the current method is based on a high-order multidimensional gas evolution model,where the space and time variation of a gas distribution function along a cell interface from an initial piecewise discontinuous polynomial is fully used in the flux evaluation.The high-order flux function becomes a unification of the upwind and central difference schemes.The current study demonstrates that both the high-order initial reconstruction and high-order gas evolution model are important in the design of a high-order numerical scheme.Especially,for a compact method,the use of a high-order local evolution solution in both space and time may become even more important,because a short stencil and local low order dynamic evolution model,i.e.,the Riemann solution,are contradictory,where valid mechanism for the update of additional degrees of freedom becomes limited.     

高阶有限体积法研究

在有限体积法的基础上,提出了几种基于Caresian坐标系下的空间显式、隐式高阶离散格式和高阶解重构算法。采用高阶紧致滤波替代二阶、四阶人工耗散抑制Euler方程计算中的非线性高频振荡现象。以Sculley涡在二维均匀无粘流场中的非定常传输为算例,分析了不同格式的耗散误差和相误差。     

一类非线性Burgers型问题的预测校正紧差分方法

针对一类非线性Burgers型方程， 提出一种预测-校正紧差分方法。首先，对时间一阶导数采用一阶Euler格式，时间积分项运用一阶卷积求积公式进行离散，并以MacCormack方法的两步预测-校正方法处理非线性项；然后采用四阶紧差分离散空间的一阶和二阶导数，构造了Euler预测-校正紧差分全离散格式。最后通过案例验证了所提出算法的有效性。