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预处理Jacobian-free Newton-Krylov法在求解超导电磁场问题中的应用
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作者 马光同 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第27期175-180,24,共6页
该文阐述了Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)法的基本原理及其双端预处理形式的迭代格式,选择处于时变(非均匀)外磁场中的二维超导体为研究对象,建立了基于矢量磁位法的控制超导体电磁特性的偏微分方程及相关的非线性有限元矩阵方程... 该文阐述了Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)法的基本原理及其双端预处理形式的迭代格式,选择处于时变(非均匀)外磁场中的二维超导体为研究对象,建立了基于矢量磁位法的控制超导体电磁特性的偏微分方程及相关的非线性有限元矩阵方程和数值迭代策略。以时变外磁场中具有高尺寸比的超导薄带的交流损耗问题和永磁外场中块状高温超导体的磁悬浮问题为计算实例,在肯定计算程序有效性的基础上,检验了预处理JFNK法求解这2类典型问题时的计算性能,证实了预处理JFNK法能较为快速地求解大型超导非线性电磁场问题,可作为开发超导电磁场数值计算程序的优选方法。 展开更多
关键词 超导体 非线性有限元 Jacobian—free newton-krylov算法 交流损耗 磁悬浮
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Jacobian-free Newton-Krylov subspace method with wavelet-based preconditioner for analysis of transient elastohydrodynamic lubrication problems with surface asperities 被引量:1
2
作者 N.M.BUJURKE M.H.KANTLI 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2020年第6期881-898,共18页
This paper presents an investigation into the effect of surface asperities on the over-rolling of bearing surfaces in transient elastohydrodynamic lubrication(EHL) line contact. The governing equations are discretized... This paper presents an investigation into the effect of surface asperities on the over-rolling of bearing surfaces in transient elastohydrodynamic lubrication(EHL) line contact. The governing equations are discretized by the finite difference method. The resulting nonlinear system of algebraic equations is solved by the Jacobian-free Newtongeneralized minimal residual(GMRES) from the Krylov subspace method(KSM). The acceleration of the GMRES iteration is accomplished by a wavelet-based preconditioner.The profiles of the lubricant pressure and film thickness are obtained at each time step when the indented surface moves through the contact region. The prediction of pressure as a function of time provides an insight into the understanding of fatigue life of bearings.The analysis confirms the need for the time-dependent approach of EHL problems with surface asperities. This method requires less storage and yields an accurate solution with much coarser grids. It is stable, efficient, allows a larger time step, and covers a wide range of parameters of interest. 展开更多
关键词 transient elastohydrodynamic lubrication(EHL) surface roughness bearing newton-krylov method generalized minimal residual(GMRES) wavelet preconditioner
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基于节块展开法的Jacobian-Free Newton Krylov联立求解物理-热工耦合问题 被引量:1
3
作者 周夏峰 李富 郭炯 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期40-47,共8页
目前反应堆物理热工耦合程序通常采用固定点迭代思路,这可能导致部分工况收敛速度慢,甚至出现不收敛的现象,严重影响了计算效率.基于此,本文将高效的粗网节块展开法(NEM)与Jacobian-Free Newton-Krylov(JFNK)方法结合,成功地开发出了一... 目前反应堆物理热工耦合程序通常采用固定点迭代思路,这可能导致部分工况收敛速度慢,甚至出现不收敛的现象,严重影响了计算效率.基于此,本文将高效的粗网节块展开法(NEM)与Jacobian-Free Newton-Krylov(JFNK)方法结合,成功地开发出了一套新方法 NEM_JFNK,实现了联立求解物理热工耦合问题.首先将NEM推广到热工问题的求解,之后使用NEM来离散物理-热工耦合问题的所有控制方程,使得所有变量都能在粗网格下进行离散,从而大大减小求解问题的规模;其次将NEM离散后的方程经过某些特殊的处理,成功地嵌入JFNK的计算框架,最终开发出了基于线性预处理的NEM_JFNK,即LP_NEM_JFNK.此外,为了充分利用原有的迭代程序,避免JFNK残差方程的重新建立,本文还开发了无需重构残差方程的NEM_JFNK,即NRC_NEM_JFNK,并实现"黑箱"耦合.文中以一维中子-热工模型为例,给出LP_NEM_JFNK和NRC_NEM_JFNK数学模型,并对计算结果进行分析.结果表明:新方法无论是收敛速度还是计算效率都具有明显优势. 展开更多
关键词 节块展开法 jacobian-free newton-krylov 物理热工耦合问题 联立求解
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稳态及瞬态中子输运模型的JFNK求解方法研究 被引量:1
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作者 张杨奕 张天铖 周夏峰 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1234-1241,共8页
三维全堆芯pin-by-pin中子输运模型的高效加速方法是核反应堆高精度计算的重点和难点。本文有效融合课题组开发的并行多维离散纵坐标(S_(N))中子输运程序comeSn和Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)通用求解框架comeJFNK的高效并行特性... 三维全堆芯pin-by-pin中子输运模型的高效加速方法是核反应堆高精度计算的重点和难点。本文有效融合课题组开发的并行多维离散纵坐标(S_(N))中子输运程序comeSn和Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)通用求解框架comeJFNK的高效并行特性、鲁棒性和强收敛性,开发了一套三维稳态及瞬态中子输运模型的JFNK并行求解程序comeSn_JFNK。为了提高计算效率,选择中子标通量密度(而非中子角通量密度)作为JFNK全局求解变量,并利用基于空间区域并行的KBA输运扫描方法和物理预处理方法,分别构建了稳态及瞬态模型的JFNK统一残差计算模型。计算结果表明,comeSn_JFNK相比于comeSn,计算效率具有显著优势,对于三维pin-by-pin稳态KAIST-3A算例,加速比为10倍以上;对于栅元均匀化的二维七群瞬态C5G7-TD2系列基准算例,加速比约为30倍。 展开更多
关键词 JFNK方法 中子输运模型 离散纵坐标法 稳态和瞬态
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基于Distance-2算法的并行Jacobian矩阵计算及其在耦合问题中的应用
5
作者 刘礼勋 张汉 +4 位作者 彭心茹 窦沁榕 邬颖杰 郭炯 李富 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1201-1209,共9页
并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法,如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法,可避免推导Jacobian矩阵的表达式,实现矩阵的自动计算。现有工作表明,在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算... 并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法,如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法,可避免推导Jacobian矩阵的表达式,实现矩阵的自动计算。现有工作表明,在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算法,Jacobian矩阵的计算效率可提高至少1个量级。但在并行环境下,串行着色算法失效,需采用相应的并行着色算法。本研究将图论领域的Distance-2算法应用于Jacobian矩阵的并行着色。通过求解一个简化多物理耦合问题检验了该并行算法的正确性和计算效率。测试结果表明,该并行算法得到的Jacobian矩阵完全正确;着色数随着并行核数的增加略微有所增加,100个进程下并行效率为56%;基于该算法求解多物理耦合问题,其计算时间和Krylov迭代次数较JFNK减少了约1/2。 展开更多
关键词 newton-krylov方法 稀疏Jacobian矩阵 图着色 有限差分 分布式并行计算
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ILU预处理Newton-Krylov方法的潮流计算 被引量:2
6
作者 廖小兵 王文超 李奔 《计算技术与自动化》 2015年第4期46-49,共4页
由于电力系统修正方程组具有高维、稀疏的特点,本文提出将预处理Krylov子空间方法应用于潮流修正方程组的求解,形成预处理Newton-Krylov的潮流计算方法。结合ILU预处理方法,比较了最常用的3类Newton-Krylov方法求解潮流方程的计算效果... 由于电力系统修正方程组具有高维、稀疏的特点,本文提出将预处理Krylov子空间方法应用于潮流修正方程组的求解,形成预处理Newton-Krylov的潮流计算方法。结合ILU预处理方法,比较了最常用的3类Newton-Krylov方法求解潮流方程的计算效果。通过对IEEE30、IEEE118、IEEE300和3个Poland大规模电力系统进行潮流计算,结果表明:3类Newton-Krylov方法是电力系统潮流计算的有效方法,呈现出良好的收敛特性和计算效率。 展开更多
关键词 潮流计算 修正方程组 ILU预处理 newton-krylov方法
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基于改进Krylov子空间算法的井中激电反演 被引量:6
7
作者 李长伟 熊彬 +1 位作者 王有学 罗润林 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期3862-3869,共8页
井中激电是二次找矿重要的地球物理勘探手段,快速而稳定的正反演算法有助于方法的推广和应用.本文在正演模拟中,给出了考虑井眼影响下的网格剖分方式;用右端项校正技术减小边界效应和源点奇异性引起的模拟误差;并采用循环Krylov子空间... 井中激电是二次找矿重要的地球物理勘探手段,快速而稳定的正反演算法有助于方法的推广和应用.本文在正演模拟中,给出了考虑井眼影响下的网格剖分方式;用右端项校正技术减小边界效应和源点奇异性引起的模拟误差;并采用循环Krylov子空间算法提高多线性方程组的求解效率.反演用Gauss-Newton法结合Jacobian-free Krylov迭代求解技术,给出了Jacobian矩阵向量积的简化计算方法;用不精确预处理共轭梯度法对模型修正量方程近似求解以减少计算量;采用不同于正演的反演网格剖分降低不适定性.数值算例验证了相关算法的有效性和可靠性. 展开更多
关键词 井中激电 反演 KRYLOV子空间 jacobian-free 有限元
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求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 被引量:13
8
作者 徐小文 莫则尧 安恒斌 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期1-8,共8页
在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系... 在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(AMG) 预条件子 newton-krylov(NK)
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高阶谱元区域分解算法求解定常方腔驱动流 被引量:2
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作者 马东军 柳阳 +1 位作者 孙德军 尹协远 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期668-673,共6页
主要利用Jacobian-free的Newton-Krylov方法求解定常不可压缩Navier-Stokes方程,将基于高阶谱元法的区域分解Stokes算法的非定常时间推进步作为Newton迭代的预处理,回避了传统Newton方法Jacobian矩阵的显式装配,节省了程序内存,同时降低... 主要利用Jacobian-free的Newton-Krylov方法求解定常不可压缩Navier-Stokes方程,将基于高阶谱元法的区域分解Stokes算法的非定常时间推进步作为Newton迭代的预处理,回避了传统Newton方法Jacobian矩阵的显式装配,节省了程序内存,同时降低了Newton迭代线性系统的条件数,且没有非线性对流项的隐式求解,大大加快了收敛速度。对有分析解的Kovasznay流动的计算结果表明,本高阶谱元法在空间上有指数收敛的谱精度,且对定常解的Newton迭代是二次收敛的。本文模拟了二维方腔顶盖一致速度驱动流,同基准解符合得很好,表明本文方法是准确可靠的。本文还考虑了Re=800时方腔顶盖正弦速度驱动流,除得到已知的一个稳定对称解和一对稳定非对称解外,还获得了一对新的不稳定的非对称解。 展开更多
关键词 谱元法 Stokes算法 newton-krylov方法 方腔驱动流
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二维三温能量方程组的高效代数解法 被引量:3
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作者 谷同祥 戴自换 +2 位作者 杭旭登 符尚武 刘兴平 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期471-478,共8页
针对二维三温能量方程九点格式离散后形成的非线性方程组,研制了高效求解的代数解法器.主要思想是在部分Newton-Krylov(PNK)方法和Jacobi矩阵自由的Newton-Krylov(JFNK)方法的框架下,结合非精确Newton类方法和预条件Krylov子空间方法进... 针对二维三温能量方程九点格式离散后形成的非线性方程组,研制了高效求解的代数解法器.主要思想是在部分Newton-Krylov(PNK)方法和Jacobi矩阵自由的Newton-Krylov(JFNK)方法的框架下,结合非精确Newton类方法和预条件Krylov子空间方法进行高效求解.数值结果显示,PNK方法比非线性块Gauss-Seidel方法快6倍以上,在PNK框架下比较了3种预条件子和4种Krylov子空间方法,得出不同组合的最佳方案.还比较了JFNK方法和PNK方法. 展开更多
关键词 二维三温能量方程 代数解法器 newton-krylov方法 预条件子
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预处理JFNK方法求解非平衡辐射扩散方程组(英文) 被引量:2
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作者 冯涛 蔚喜军 +1 位作者 安恒斌 张荣培 《计算物理》 CSCD 北大核心 2013年第4期483-490,共8页
分别采用四种半隐式离散方法构造预处理.针对一维辐射扩散方程组,采用预处理的Jacobian-free Newton-Krylov(PJFNK)求解.数值结果表明预处理方法能够很好地改进JFNK方法的收敛行为.
关键词 非平衡辐射扩散 newton-krylov方法 线性化 预处理
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JFNK方法迭代过程与物理约束 被引量:3
12
作者 安恒斌 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期654-660,共7页
对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算法... 对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算法求解二维三温能量方程,可以保证在迭代过程中不会出现负温度问题,使JFNK方法的健壮性得到提高. 展开更多
关键词 JFNK newton-krylov方法 迭代方法 物理约束 二维三温能量方程
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无矩阵迭代法在膜结构风振耦合分析中的应用
13
作者 孙芳锦 殷志祥 张大明 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2010年第2期212-215,共4页
提出在采用浸入物体法(IOM)对膜结构和空气流体建模时,可以采用带有预定条件的无矩阵Newton-Krylov迭代算法求解浸入物体法,并引入了预定条件矩阵。将提出的无矩阵迭代方法应用于一双坡型膜结构的风振耦合分析中,得出了结构的风压和风... 提出在采用浸入物体法(IOM)对膜结构和空气流体建模时,可以采用带有预定条件的无矩阵Newton-Krylov迭代算法求解浸入物体法,并引入了预定条件矩阵。将提出的无矩阵迭代方法应用于一双坡型膜结构的风振耦合分析中,得出了结构的风压和风速分布,并对带有预定条件和不带预定条件的无矩阵迭代算法进行了对比。结果表明,将带有预定条件的无矩阵迭代算法应用于膜结构风振的耦合分析中,可以得到准确结果,并使计算效率大大提高。 展开更多
关键词 无矩阵newton-krylov迭代法 浸入物体法(IOM) 膜结构 风致振动 耦合效应
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基于PSASP和Power Factory的分解协调式输配一体化潮流计算
14
作者 宋炎侃 黄少伟 +4 位作者 陈颖 于智同 王海云 孙健 张明 《可再生能源》 CAS 北大核心 2017年第12期1809-1814,共6页
大量分布式电源的并网改变了配电网单向潮流特性,输电网和配电网之间的耦合更加紧密,电力系统呈现出主配网一体化的特点。文章提出了基于分解协调的主配一体化潮流计算方法,分别采用PSASP和Power Factory进行输电网和配电网的计算,设计... 大量分布式电源的并网改变了配电网单向潮流特性,输电网和配电网之间的耦合更加紧密,电力系统呈现出主配网一体化的特点。文章提出了基于分解协调的主配一体化潮流计算方法,分别采用PSASP和Power Factory进行输电网和配电网的计算,设计了主网和配网潮流的边界协调方程,并采用Jacobian-Free Newton-GMRES(m)方法进行求解。测试结果表明,文章所提方法收敛性较好,计算精度高。 展开更多
关键词 主配网一体化 潮流计算 分解协调 jacobian-free Newton-GMRES(m)
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基于有限差分Newton-Krylov方法的中子-热工联立求解 被引量:4
15
作者 张汉 郭炯 +3 位作者 周夏峰 范凯 王黎东 李富 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期190-193,共4页
利用Newton-Krylov方法联立求解中子-热工耦合问题,Newton迭代具有收敛速度高于传统耦合方法的优势。采用有限差分方法构建Jacobian矩阵,以避免需要Jacobian矩阵的解析表达式。利用有限差分方法直接计算Jacobian矩阵存在计算代价过大的... 利用Newton-Krylov方法联立求解中子-热工耦合问题,Newton迭代具有收敛速度高于传统耦合方法的优势。采用有限差分方法构建Jacobian矩阵,以避免需要Jacobian矩阵的解析表达式。利用有限差分方法直接计算Jacobian矩阵存在计算代价过大的缺点,通过考虑Jacobian矩阵的稀疏结构,减少了Jacobian矩阵的计算代价。通过二维简化中子-热工耦合模型,给出了Newton-Krylov方法与传统耦合方法的计算效率的对比,Newton-Krylov方法的计算效率具有明显优势。 展开更多
关键词 中子-热工耦合 newton-krylov方法 稀疏Jacobain矩阵 有限差分近似
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对称不定问题的不精确Newton法 被引量:8
16
作者 梁恒 白峰杉 《计算数学》 CSCD 北大核心 2002年第3期319-326,共8页
1.引 言 非线性方程组F(x)=0的数值求解,经典的算法是Newton迭代;xk+1=xk+sk,k=0,1,2,…,(1.1)其中的sk满足F’(xk)sk=-F(xk);k=0,1,2,….(1.2)这里x0为迭代的初始点,{xk}称为Newton迭代序列.当变量个数比较多时,每一步Newto... 1.引 言 非线性方程组F(x)=0的数值求解,经典的算法是Newton迭代;xk+1=xk+sk,k=0,1,2,…,(1.1)其中的sk满足F’(xk)sk=-F(xk);k=0,1,2,….(1.2)这里x0为迭代的初始点,{xk}称为Newton迭代序列.当变量个数比较多时,每一步Newton迭代中计算Jacobi矩阵F’(xk)和求解线性方程组(1.2)的代价非常高;特别当xk远离方程组的解x*时,高精度地求解线性方程组(1.2) 展开更多
关键词 对称不定问题 不精确NEWTON法 newton-krylov方法 数值解 非线性方程组
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基于非线性预处理JFNK的中子-热工联立求解 被引量:2
17
作者 张汉 郭炯 +3 位作者 范凯 周夏峰 王黎东 李富 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期18-23,共6页
利用Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法联立求解中子-热工耦合问题,采用非线性预处理方式,以避免求解非线性残差,使得JFNK具有可以充分利用原有的中子-热工计算程序,易于实现'黑箱'耦合的特点。对非线性预处理的相关性质... 利用Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法联立求解中子-热工耦合问题,采用非线性预处理方式,以避免求解非线性残差,使得JFNK具有可以充分利用原有的中子-热工计算程序,易于实现'黑箱'耦合的特点。对非线性预处理的相关性质进行分析,同时对非线性预处理与线性预处理的区别与联系以及计算效率进行理论分析。以二维简化中子-热工耦合模型作为算例,对比非线性预处理/线性预处理JFNK方法、传统耦合求解方法的计算效率。结果表明:非线性预处理/线性预处理JFNK方法的计算效率比传统方法具有明显优势,线性预处理的计算效率高于非线性预处理。 展开更多
关键词 中子-热工耦合 jacobian-free newton-krylov方法 非线性预处理方法 线性预处理方法
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Parallel Algorithms and Software for Nuclear,Energy,and Environmental Applications.Part Ⅰ:Multiphysics Algorithms
18
作者 Derek Gaston Luanjing Guo +8 位作者 Glen Hansen Hai Huang Richard Johnson Dana Knoll Chris Newman Hyeong Kae Park Robert Podgorney Michael Tonks Richard Williamson 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2012年第8期807-833,共27页
There is a growing trend within energy and environmental simulation to consider tightly coupled solutions to multiphysics problems.This can be seen in nuclear reactor analysis where analysts are interested in coupled ... There is a growing trend within energy and environmental simulation to consider tightly coupled solutions to multiphysics problems.This can be seen in nuclear reactor analysis where analysts are interested in coupled flow,heat transfer and neutronics,and in nuclear fuel performance simulation where analysts are interested in thermomechanics with contact coupled to species transport and chemistry.In energy and environmental applications,energy extraction involves geomechanics,flow through porous media and fractured formations,adding heat transport for enhanced oil recovery and geothermal applications,and adding reactive transport in the case of applications modeling the underground flow of contaminants.These more ambitious simulations usually motivate some level of parallel computing.Many of the physics coupling efforts to date utilize simple code coupling or first-order operator splitting,often referred to as loose coupling.While these approaches can produce answers,they usually leave questions of accuracy and stability unanswered.Additionally,the different physics often reside on distinct meshes and data are coupled via simple interpolation,again leaving open questions of stability and accuracy.∗Corresponding author.Email addresses:Derek.Gaston@inl.gov(D.Gaston),This paper is the first part of a two part sequence on multiphysics algorithms and software.Part I examines the importance of accurate time and space integration and that the degree of coupling used for the solution should match the requirements of the simulation.It then discusses the preconditioned Jacobian-free Newton Krylov solution algorithm that is used for both multiphysics and multiscale solutions.Part II[1]presents the software framework;the Multiphysics Object Oriented Simulation Environment(MOOSE)and discusses applications based on it. 展开更多
关键词 Multiphysics simulation jacobian-free Newton Krylov finite element applications physics-based preconditioning
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Parallel Algorithms and Software for Nuclear,Energy,and Environmental Applications.Part Ⅱ:Multiphysics Software
19
作者 Derek Gaston Luanjing Guo +8 位作者 Glen Hansen Hai Huang Richard Johnson Dana Knoll Chris Newman Hyeong Kae Park Robert Podgorney Michael Tonks Richard Williamson 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2012年第8期834-865,共32页
This paper is the second part of a two part sequence on multiphysics algorithms and software.The first[1]focused on the algorithms;this part treats the multiphysics software framework and applications based on it.Tigh... This paper is the second part of a two part sequence on multiphysics algorithms and software.The first[1]focused on the algorithms;this part treats the multiphysics software framework and applications based on it.Tight coupling is typically designed into the analysis application at inception,as such an application is strongly tied to a composite nonlinear solver that arrives at the final solution by treating all equations simultaneously.The applicationmust also take care tominimize both time and space error between the physics,particularly if more than one mesh representation is needed in the solution process.This paper presents an application framework that was specifically designed to support tightly coupled multiphysics analysis.The Multiphysics Object Oriented Simulation Environment(MOOSE)is based on the Jacobian-freeNewton-Krylov(JFNK)method combined with physics-based preconditioning to provide the underlying mathematical structure for applications.The report concludes with the presentation of a host of nuclear,energy,and environmental applications that demonstrate the efficacy of the approach and the utility of a well-designed multiphysics framework. 展开更多
关键词 Multiphysics simulation jacobian-free Newton Krylov finite element applications physics-based preconditioning
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A Space-Time Conservative Method for Hyperbolic Systems with Stiff and Non Stiff Source Terms
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作者 Shamsul Qamar Gerald Warnecke 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2006年第3期449-478,共30页
In this article we propose a higher-order space-time conservative method for hyperbolic systems with stiff and non stiff source terms as well as relaxation systems.We call the scheme a slope propagation(SP)method.It i... In this article we propose a higher-order space-time conservative method for hyperbolic systems with stiff and non stiff source terms as well as relaxation systems.We call the scheme a slope propagation(SP)method.It is an extension of our scheme derived for homogeneous hyperbolic systems[1].In the present inhomogeneous systems the relaxation time may vary from order of one to a very small value.These small values make the relaxation term stronger and highly stiff.In such situations underresolved numerical schemes may produce spurious numerical results.However,our present scheme has the capability to correctly capture the behavior of the physical phenomena with high order accuracy even if the initial layer and the small relaxation time are not numerically resolved.The scheme treats the space and time in a unified manner.The flow variables and their slopes are the basic unknowns in the scheme.The source term is treated by its volumetric integration over the space-time control volume and is a direct part of the overall space-time flux balance.We use two approaches for the slope calculations of the flow variables,the first one results directly from the flux balance over the control volumes,while in the second one we use a finite difference approach.The main features of the scheme are its simplicity,its Jacobian-free and Riemann solver-free recipe,as well as its efficiency and high of order accuracy.In particular we show that the scheme has a discrete analog of the continuous asymptotic limit.We have implemented our scheme for various test models available in the literature such as the Broadwell model,the extended thermodynamics equations,the shallow water equations,traffic flow and the Euler equations with heat transfer.The numerical results validate the accuracy,versatility and robustness of the present scheme. 展开更多
关键词 Hyperbolic systems with relaxation stiff systems space-time conservative and jacobian-free method high order accuracy discontinuous solutions
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