针肋微通道热沉的拓扑优化方法

为了提高液冷微通道热沉的散热性能,基于材料属性有理近似方法,最小化基底加热面平均温度和能量耗散,提出不同针肋结构微通道热沉的对流传热多目标耦合拓扑优化方法,结合移动渐近线方法求解数学优化模型,以期获得最佳针肋优化结构。计算结果表明,优化后针肋结构散热性能更好,在泵功相同的情况下,优化后的顺排与叉排针肋阵列的综合传热因子分别比矩形光滑微通道提高了31.20%、32.19%,压降降低了51.71%、54.68%,为微通道热沉散热技术提供了可靠的理论指导。

求解带状线性方程组的一种并行算法

提出了一种在MIMD分布式存储环境下求解带状线性方程组的交替方向迭代并行算法。利用系数矩阵的结构特点分裂矩阵,使整个计算过程只在相邻处理机间通信两次。给出了系数矩阵分别为Hermite正定矩阵和M-矩阵时算法收敛的充分条件。最后,在HP rx2600集群系统上进行的数值计算表明,该算法与多分裂方法相比具有较高的加速比和并行效率。

带状线性方程组的并行交替方向算法

提出了分布式存储环境下求解带状线性方程组的并行交替方向迭代算法。充分利用系数矩阵的结构特点,给出了在系数矩阵分别为Hermite正定矩阵和M-矩阵时算法的充分条件,并针对采用的分裂方式,讨论了参数的收敛范围,最后在HPrx2600集群系统上进行了数值计算,结果表明实算与理论相一致,算法简便可行且具有良好的并行性。

求解块三对角方程组的一种并行策略

提出了一种在MIMD分布式存储环境下求解块三对角线性方程组的并行算法。基于Galerkin原理适当取基构造算法,使整个计算过程只在相邻处理机间通信两次,并给出了系数矩阵为对称正定矩阵时算法收敛的条件。在HPrx2600集群系统上进行的数值计算结果表明该算法与多分裂方法相比具有较高的加速比和并行效率。

三维Euler方程的隐式间断有限元算法

为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大攻角尖前缘三角翼以及DLR-F4翼身组合体的亚声速绕流问题。结果表明,加入SOR内迭代步的LU-SGS隐式算法具有较大的优势,相较于GMRES算法所占用的内存少且收敛速度相当,是LU-SGS算法的三倍以上。针对三维算例,具有较好的稳定性和较高的收敛速度,能够给出准确的流场信息。与原方法相比,SOR-LU-SGS方法无论是在迭代步数上还是在CPU时间上,效率均有明显提高,适合于三维复杂流场计算。

带状线性方程组的并行行作用方法

目的行作用方法具有直接法与迭代法两者的优点,适用范围较广,在串行算法的基础上给出行作用方法适合于分布式存储环境的并行实现方案。方法采用从三维投影技术推广为并行P维投影技术。结果在HP rx2600集群系统上进行了数值计算,与多分裂方法作了比较,结果表明行作用方法适用范围较广且具有良好的并行性,方法简便可行。结论通过实际算例表明,本文算法是一个较好的并行算法。

地方本科院校实验课程教学改革研究

随着社会对人才培养模式和需求的变化,深化创新教育改革,培养具有创新能力的应用型人才成为高校的突破口。实验教学的改革在整个教学改革中必不可少。文章从注重学生实践能力和创新精神的培养,改进教学方法,教学与科研结合,构建实践能力培养模式,实验室建设等方面对实验教学改革进行了探讨,对高校教学中存在的问题和不足提出了改进措施。

非结构网格上二维可压缩Navier-Stokes方程的并行算法

为了提高Navier-Stokes方程的求解效率,在分布式环境下,提出了基于区域分解算法的并行求解算法.首先,通过多级图分区方法划分非结构网格,使得多块区域网格独立保存;其次,内边界构造虚拟单元进行数据传递,最大限度减少通信开销,并加入当地时间步长以及AF-ADI隐式时间离散技术进一步提高计算效率;最后,在集群系统上,计算了NACA0012翼型和RAE2822翼型黏性绕流,8台处理机并行效率保持在42%以上,验证了该方法的可行性和高效性.数值结果表明,算法适合分布式环境下进行粗粒度科学计算.

矩阵特征值问题一种求解方法的并行处理

矩阵特征值问题已成为数值计算中的一个重要组成部分,为了有效求解此类问题,提出了一种求解特征值的算法:基于Jacobi方法,利用非线性方程组的一种并行算法求解特征向量,引入同伦思想,利用插值方法,从而快速求出问题的具有高精度的解,最后进行了稳定性分析.

欧拉方程的隐式间断有限元算法研究

针对Euler方程,设计了适合间断Galerkin有限元方法的LU-SGS、GMRES以及修正LU-SGS隐式算法。采用Roe通量以及Van Albada限制器技术实现了经典LU-SGS、GMRES算法,引入高阶项误差补偿,发展了修正LU-SGS算法。以NACA0012、RAE2822翼型为例验证分析了算法的可靠性和高效性。结果表明修正LU-SGS算法存储量较少,程序实现方便,而且计算效率是LU-SGS算法的2.5倍以上,接近于循环GMRES算法。

带状线性方程组的含参交替方向并行算法

在MIMD分布式存储环境下针对系数矩阵为带状或块三对角矩阵的线性方程组提出了含三参数交替方向迭代并行算法。通过引入三参数调整,并适当分裂系数矩阵得到新算法,给出了系数矩阵为若干特殊矩阵时算法的收敛条件。在HP rx2600集群系统上实现了算法,针对不同的算例将其与多分裂方法、BSOR方法和PEk内迭代方法进行了比较。并行计算结果表明,所提算法具有较高的加速比和并行效率,明显优于多分裂方法和PEk方法,能合理分配内存,从而有效节省计算时间。针对算例1,加速比和计算效率略优于BSOR方法;而算例2的结果明显优于PEk内迭代方法。

基于p-多重网格的间断Galerkin方法研究

文章采用规范正交基作为测试函数,基于p-多重网格的思想,建立了间断Galerkin方法的二重网格格式,并以此求解了Euler方程,数值模拟了绕NACA0012和RAE2822翼型的跨音速流场。其中,在网格交界处采用Roe的迎风型数值通量。沿时间方向,高阶格式和低阶格式上分别采用Runge-Kutta方法和LUSGS方法推进。通过对残值收敛曲线的比较,认为文中的p-多重网格算法取得了非常优良的加速收敛效果。

并行间断有限元算法求解Navier-Stokes方程

间断Galerkin有限元方法非常适合在非结构网格上高精度求解Navier-Stokes方程,然而其十分耗费计算资源.为了提高计算效率,提出了高效的MIMD并行算法.采用隐式时间离散GMRES+LU-SGS格式,结合多重网格方法,当地时间步长加速算法收敛.为了保证各处理器间负载平衡,采用区域分解二级图方法划分网格,实现内存合理分配,数据只在相邻处理器间传递.数值模拟了RAE2822翼型和M6黏性绕流,加速比基本呈线性变化且接近理想值.结果表明了该算法能有效减少计算时间、合理分配内存,具有较高的加速比和并行效率,适合于MIMD粗粒度科学计算.

关于反周期函数的2-周期(0,p(D))三角插值

目的为了克服以2π为周期的三角插值问题所对应的插值空间Tn,ε(ε=0或1)对平移运算和求导运算不封闭,给出以π为周期的反周期函数的2-周期(0,p(D))三角插值。方法采用不同于Franz-Jurgen Delvos等人(Franz-Jurgen Delvos.BIT,1993,33(1),113-123;Franz-Jurgen Delvos,Ludger Knoche,BIT,1999,39(3):430-450.)的研究方法,通过不断求解给出结果。结果与结论给出了问题正则的充分必要条件及正则时基多项式的明显表达式,即r2v(x)=-(1/n)sum from j=1 to 2n( C2j-1cos(2j-1)(x-x2v)-D2j-1sin(2j-1)(x-x2v))/(Δ2j-1) ,q2v+1(x)=1/n sum from j=1 to n(1/Δ2j-1)[A2j-1cos(2j-1)(x-x2v+1)-iB2j-1sin(2j-1)(x-x2v+1)],其中v=0,1,…,n-1。

Hilbert空间L^2(Ω)上凸的半无限规划研究

系统研究了Hilbert空间L^2(Ω)上凸的半无限规划问题,推广了原问题与对偶问题最优解存在的充要条件。在非光滑的条件下,给出了正则条件的另一种表现形式,以及原问题与对偶问题无间隙的充分条件及Lagrange乘子集非空有界的充要条件。进而在光滑的条件下,给出了与Robinson条件等价的更一般的正则条件以及减弱对约束函数的限制条件。该结论丰富和发展了半无限规划理论。

欧拉方程的多重网格间断Galerkin方法研究

基于多重网格方法的思想,在二维非结构网格上建立了一种求解Euler方程的快速稳健间断Galerkin方法。采用Roe迎风型数值通量,时间步采用显式Runge-Kutta多步法推进。数值模拟了绕NACA0012翼型流场,并比较了单重网格算法和多重网格算法计算结果,表明该方法具有优良的加速收敛效果。

微通道热沉耦合传热及优化设计

利用多场耦合方法,研究微通道热沉传热性能及其优化设计方法。基于间断有限元算法,分析其影响因素,提出微通道几何结构的数学优化模型。数值模拟了35 mm×35 mm微通道热沉的温度和流场分布,分析不同几何结构参数与最优参数对微通道热沉的温度、压力降以及综合传热因子等参数的影响。结果表明优化后模型的综合传热性能提高了65.4%,充分证明优化模型的可靠性。

针肋结构微通道热沉的结构优化设计

针对电子芯片的散热问题,采用拓扑优化方法,设计了包含针肋结构的水冷微通道的优化结构。为了获得最佳散热性能,采用材料属性的有理近似方法,以平均温度和流动能量耗散最小为目标,构建了数学优化模型。基于非结构网格,采用间断Galerkin有限元法结合全局收敛移动渐近线方法求解了三维微通道热沉的对流传热耦合优化问题。数值结果表明,优化结构具有良好的传热性能,且结构温度更均匀,避免了高温集中区的发生。在体积流量相同的情况下,与光滑矩形通道和针肋矩形直通道相比,优化结构的综合传热效率分别提高了13.32%和12.30%。

主动冷却结构的拓扑优化设计及流动传热分析

基于稳态不可压缩Navier-Stokes方程,以冷却效率最大化为目标,提出了流固耦合传热结构的拓扑优化策略。采用间断Galerkin有限元方法对Navier-Stokes方程进行离散求解,结合材料密度的有理近似方法,采用全局收敛的移动渐近线法(GCMMA)求解拓扑优化模型,给出了约束条件下超燃冲压发动机冷却结构的最佳流道分布。数值结果表明:与常规通道相比,拓扑优化结构进一步降低了平均温度,能量损失显著改善,且温度分布更加均匀,避免了高温集中区的发生。相对于初始设计,最高温度与平均温度分别降低了9.8%,6.35%。拓扑优化结构可以进一步改善结构的散热性能,为实际工程设计提供理论依据。

隐式超松弛LU-SGS间断Galerkin算法

为了提高求解欧拉(Euler)方程和纳维-斯托克斯(NS)方程的计算效率,结合隐式时间离散格式研究了间断伽辽金有限元方法(DGM).通过改进上下三角分解对称高斯赛德尔(LU-SGS)格式,引入舍入误差项,构造了超松弛内迭代LU-SGS离散格式,实现了非定常可压缩绕流流场的计算.通过Sod激波管问题、二维管道问题验证了算法的可靠性和准确性.数值计算了RAE2822翼型、ONERA M6机翼跨声速可压缩绕流问题,并与多步龙格库塔(RK)算法、LU-SGS算法和广义极小残余(GMRES)算法的计算结果进行了比较.结果表明,超松弛内迭代LU-SGS算法具有良好的稳定性和高效性,计算效率是LU-SGS格式的2.35~3.1倍,是RK格式的5.4倍.