非结构化网格下海洋流场的特征提取与种子点选取算法

对于非结构化网格流场数据,现有研究存在不能定位流场中临界点的具体位置、无法对临界点精细分类以及缺乏适用于非结构化网格的种子点选取算法等问题。针对上述问题,基于非结构化网格流场数据,分别在临界点提取和种子点选取方法上进行改进创新。提出非结构化网格中临界点的定位及分类方法,通过庞加莱指数法判断存在临界点的三角网格。构造质心迭代法定位临界点在网格中的准确位置,并设计三角网格内雅克比矩阵的构造方法,将临界点精细分类。基于非结构化网格提出基于最大得分和网格密度的种子点选取算法,先比较相邻格点的标量值大小来计算每个格点的得分,形成“最大得分”标量场,再按照网格密度动态设置阈值,将得分大于阈值的格点选为种子点,接着以种子点为起始点生成流线,生成的流线可以表达出流场的关键特征与全局信息。基于多个海域流场数据的实验结果表明,临界点分类的准确率可达99%以上,证明了临界点提取算法的准确性以及种子点选取算法对提升流场可视化效果的有效性。

“数值传热学”中贴体网格与非结构化网格上的有限容积法对比教学

提出了一套贴体网格和非结构化网格有限容积法的对比教学方法。该方法基于典型案例引入以及对照式、综合式辨析策略,给出了对不规则区域有限容积法涉及贴体网格和非结构化网格内涵的差异,两者对有限容积法实施过程差异,控制方程的异同,控制方程变换的实质以及物理问题适应性5个重要内容进行综合辨析教学的要点及实施过程。该对比教学方法可为“数值传热学”或“计算流体力学”的教学或自学提供参考。

基于局部加密非结构化网格的医院医用耗材自动补货方法

当前医用耗材补货方法中人为因素干扰较大,补货主要依据是医用耗材的后置性需求,导致医用耗材补货成本偏高,提出基于局部加密非结构化网格的医院医用耗材自动补货方法。面对医用耗材补货差异问题,采用局部加密非结构化网格,生成多个小单元,描述医用耗材补货问题;设置医用耗材需求,设计库存、成本、运输能力约束条件;建立医院医用耗材自动补货模型,量化自动补货模型模糊值,实现医院医用耗材自动补货计算。模拟实验结果表明:提出的自动补货方法,相较此次实验选择的其他两组补货方法,补货量与实际需求量一致,所需补货耗时少,从而降低了医用耗材自动补货成本。

基于非结构化网格的三维大地电磁自适应矢量有限元模拟

基于能够模拟复杂模型的非结构化网格,提出基于矢量单元的三维自适应有限元大地电磁模拟算法。其过程是:利用残差型的后验误差算子初步估算粗网格上的单元误差,通过加密误差超过限定的单元,生成新的网格;对新的网格重复上一步过程,从而得到更加精确的数值结果;重复迭代过程直到计算结果的精度达到预定要求为止,从而生成最优化的有限元网格;基于COMMEMI 3D-1 MT模型的数值模拟,验证本文算法的正确性。研究结果表明:通过自适应的网格加密和迭代求解过程,本文算法可以产生迭代收敛的数值结果,计算结果具有较高的精度。

CFD非结构化网格格心格式数据高质量体绘制方法

3D非结构化网格格心格式数据是近年流场数值模拟结果的常见形式,目前的可视化方法无法直接绘制此类数据,通常采用外推技术将其转换为格点格式数据后再进行绘制,导致数据精度损失,严重影响绘制质量.在多遍光线投射算法框架下,设计一种非结构化网格格心格式数据直接采样计算方法(避免外推),使采样过程中的所有计算任务基于原始数据完成,以提高采样计算精度.具体为:设计了基于胞心值和单元梯度的采样点流场数据重构方法;采用基于面通量的格林公式计算单元梯度;考虑流场中物理量的相互关联,首次在流场可视化中引入Roe平均方法,用相邻单元胞心值构造面通量.分析和实验表明,该方法能明显提高采样计算精度,产生高质量的体绘制图像,使用户更准确地洞察和分析流场特性.

基于非结构化网格的2.5-D直流电阻率自适应有限元数值模拟(英文)

2.5-D直流电阻率有限元数值模拟中,模型的剖分及加密主要通过手动实现.另外,采用的单元类型比较规则如矩形单元等,不易实现复杂模型的模拟.为解决上述问题,文中提出了一种自适应有限元算法.算法中采用稳健的后验误差估计来自动预测下一次网格的单元尺寸,直到设定的迭代条件满足为止.另外,采用非结构化三角形单元实现了任意复杂模型的灵活剖分.基于此,利用垂直接触面模型分析和对比了不同自适应策略的效率.通过对比发现,点源附近的单元得到了加密以消除源的奇异性.另外,对于任意一种策略,有限元结果均能最终收敛到精确解.最后,模拟了两个模型:2-D单个异常体模型和2-D地形模型.

NS方程的非结构化网格方法及其差分格式

采用同位非结构化网格上的有限体积法，对ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程的ＳＩＭＰＬＥ 算法及差分格式进行了研究．提出了适用于非结构化网格的不用求解单元顶点变量值的二阶混合差分格式．该格式的优点在于：１） 减少了计算工作量；２） 避免了普通混合差分格式因使用简单的一阶迎风差分格式所引起的网格界面方向相关性的问题．最后，采用三角形网格，利用提出的方法及差分格式，对方腔内的驱动层流及绕翼型湍流进行了数值计算。

基于局部加密非结构化网格的三维电阻率法有限元数值模拟

总结了目前常用的结构化网格及其局限性,分析了非结构化网格对复杂地质体边界的适应性和Delaunay三角化算法及其网格加密策略,提出了一种新的局部节点加密方法,实现了对复杂模型的完全非结构化四面体全自动剖分,给出了三维直流电阻率模拟中四面体网格的质量评价标准和最优指标.计算和分析表明,数值解在点电流源及附近的奇异区精度最低,网格加密策略可以有效地减少其影响,极大地提高数值解的精度.本文提出的局部节点加密策略计算量最小,对精度的改善也优于经典方法.在精度要求苛刻或模型十分复杂时,局部体积加密策略和二次单元是高精度模拟的可靠保证.

基于非结构化网格的人工源频率域三维电磁场数值模拟

借助COMSOL生成完全非结构化三维网格,提出了一种可用于求解非均匀介质中可控源电磁法三维问题的有限元数值模拟方法。为了回避引入场源带来的奇异性,基于Coulomb规范,导出了关于耦合二次磁矢量位及电标量位所满足的Maxwell方程组;形成了Galerkin大型线性代数方程;鉴于计算机存贮空间及巨大的计算量,运用预条件复系数Krylov子空间迭代法求解后续形成的大型稀疏对称非正定线性方程组。主要成果体现在:笛卡尔坐标系网格生成及优良的局部网格加密;引入Coulomb规范和适当的边界条件保证矢量位唯一;采用滑动最小二乘插值获取高精度二次矢量位旋度及标量位梯度。通过与同类研究结果的比较,文中所提算法精度得到验证,且该方法具有良好的通用性。

利用非结构化网格方法对翼型绕流的数值研究

利用同位非结构化网格上的压力加权修正算法 ,对翼型湍流绕流进行了数值分析。详细地给出了一孤立翼型在不同攻角下的分离流结构及翼型表面压力分布 ,为了显示非结构化网格方法在求解多连通流动区域的优越性 ,对双翼型绕流进行了数值计算。在数值分析中 ,对阵面推进法进行改进来生成三角形网格 ,采用有限控制体方法直接在物理空间中的非结构化网格单元上离散 Navier- Stokes方程及 k- ε方程 ,形成的代数方程组通过预条件矩阵共轭梯度平方法求解。计算结果表明 :当流动为附着流时 ,计算结果与实验值吻合程度令人相当满意 ;而在分离区内 ,计算结果与实验值存在一定的误差 ,需对分离区内的湍流模型做进一步的改进。

基于非结构化网格的瞬变电磁2.5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法,通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2.5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2.5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。

三维CSAMT法非结构化网格有限元数值模拟

考虑到可控源音频大地电磁法(CSAMT)电偶极发射源与地下介质的三维结构特点,本文采用非结构化网格剖分技术,开展了三维CSAMT方法有限元数值模拟研究,将三维电磁场的背景场和异常场分别求解,避免了电偶极发射源的奇异性问题,并减小了计算区域.推导了三维异常电场遵循的有限元方程,加入散度条件进行约束以消除电场伪解;对非结构化网格单元采用高斯加权平均算法,得到了精度较高的异常磁场.针对层状介质模型,与积分方程法对比,验证了有限元算法的正确性;计算分析了典型三维地质模型的电磁响应,异常体反映明显.结果表明本文算法正确、可靠,适用于三维地质模型的CSAMT方法正反演研究.

非结构化网格下求解二维浅水方程的和谐Roe格式

为保证底坡源项和重力梯度项的平衡离散,采用把底坡源项分解为两不同部分单独处理的方法,在非结构化网格上建立了求解带复杂地形的二维浅水方程数值模型.采用Roe格式的计算界面通量,隐式求解摩擦力源项以增加格式的稳定性,并给出计算格式在非结构化网格上满足和谐性条件的证明.通过实例验证了此格式是和谐的,并具有良好的间断捕捉能力和稳定性.

一种求解不可压N-S方程的非结构化网格方法

将Date压力修正算法推广到非结构化网格中来处理压力与速度的耦合,用具有二阶精度的迎风最小二乘格式离散对流项,用梯度投影法离散扩散项,得到了一种在非结构化网格上求解N-S方程的同位网格法.它充分利用了单元梯度,避免了利用顶点信息计算交叉扩散通量的麻烦,所有界面速度都采用线性插值,克服了Rhie＆Chow动量插值法的缺点.算例表明,该算法精度较高且健壮稳定,收敛特性也比较好.

非结构化网格在印尼亚齐电厂温排水模型中的应用研究

印尼亚齐(ACEH)电厂取水口温升是判断工程平面布置方案优劣的关键。应用局部加密的非结构化网格建立了平面二维潮流温排水数学模型。该模型能很好地描述复杂地形,既保证了工程区域水动力计算精度,也减少了计算量。在水动力计算过程中考虑了洋流和季风等长周期动力因素,研究了温排水在这种长周期动力条件下的扩散规律。计算了不同布置方案条件下温排水的影响范围,对不同布置方案进行了评价。

非结构化网格下椭圆型缓坡方程的数值求解

椭圆型缓坡方程是一种用线性波浪理论研究近岸波浪传播变形的有效波浪数学模型。非结构化网格下的有限容积法不仅对复杂边界的适应性好,还能保证迭代求解过程的守恒性。建立了非结构化网格下的椭圆型缓坡方程数值模型。在模型中采用非结构化网格下的有限容积法对椭圆型缓坡方程进行了数值离散,结合GPBiCG(m,n)算法求解离散方程。数值计算结果表明,该数值模型可有效地用于模拟近岸缓坡区域复杂边界下波浪的传播。

基于非结构化网格有限体积的LBM

提出了一种基于非结构化网格有限体积的LBM.采用Cell-vertex有限体积法离散控制方程.该方法在时间上采用伪、实二时间步,其中伪时间步采用向前差分,实时间步采用二阶向后差分方法;空间上采用edge-based通量计算方法,采用高阶TVD格式计算控制体边界通量.离散后的控制方程采用隐式迭代,控制变量采用五层二阶Runge-Kutta方法求解.二维同心圆环内圆柱间Couette流与顶盖驱动方腔流的数值结果显示该方法为一种有效求解不规则边界流体动力特性的实用工具.

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.

二维各向异性非结构化网格的自动生成与应用

根据生成适体坐标网格空间变换的思想 ,结合Delaunay非结构化网格生成技术 ,实现了各向异性非结构化网格的生成 .剖分算例表明 ,通过给定测度矩阵 ,可以控制生成预期的网格 .针对各向异性导热问题的控制容积有限元法 (CVFE)离散数值计算表明 ,用各向异性网格比各向同性网格收敛快 .