瞬态Navier-Stokes方程的最小二乘有限元降阶计算方法

为了解决在应用数值算法计算瞬态流体方程以分析流体运动特征时,方程的自由度过大,所耗用计算资源较多的问题,提出了一种求解瞬态不可压缩流体问题的降阶计算方法。该方法首先应用最小二乘有限元法计算部分时刻流场的解构成瞬像矩阵,然后对瞬像矩阵进行特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)提取流场的特征函数,最后结合Galerkin正交投影方法构建求解瞬态Navier-Stokes方程的降阶计算模型。应用降阶计算方法对顶盖驱动流模型进行分析,计算结果表明:前9阶POD正交基可以捕获流场超过99%的广义能量信息,能够比较精确地描述流场的主要物理特征,所构造的降阶模型方程的自由度远小于全阶模型方程的自由度;降阶模型的计算结果与全阶模型的计算结果符合得很好,验证了降阶计算方法的准确性。