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Central Upwind Scheme for Solving Multivariate Cell Population Balance Models
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作者 Shahzadi Mubeen ur Rehman Nadia Kiran Shamsul Qamar 《Applied Mathematics》 2014年第8期1187-1201,共15页
Microbial cultures are comprised of heterogeneous cells that differ according to their size and intracellular concentrations of DNA, proteins and other constituents. Because of the included level of details, multi-var... Microbial cultures are comprised of heterogeneous cells that differ according to their size and intracellular concentrations of DNA, proteins and other constituents. Because of the included level of details, multi-variable cell population balance models (PBMs) offer the most general way to describe the complicated phenomena associated with cell growth, substrate consumption and product formation. For that reason, solving and understanding of such models are essential to predict and control cell growth in the processes of biotechnological interest. Such models typically consist of a partial integro-differential equation for describing cell growth and an ordinary integro-differential equation for representing substrate consumption. However, the involved mathematical complexities make their numerical solutions challenging for the given numerical scheme. In this article, the central upwind scheme is applied to solve the single-variate and bivariate cell population balance models considering equal and unequal partitioning of cellular materials. The validity of the developed algorithms is verified through several case studies. It was found that the suggested scheme is more reliable and effective. 展开更多
关键词 CELL Population BALANCE CELL Growth Substrate CONSUMPTION central upwind scheme Equal and Unequal Partitioning of Cells
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A Gas-Kinetic Scheme for Six-Equation Two-Phase Flow Model
2
作者 Saqib Zia Munshoor Ahmed Shamsul Qamar 《Applied Mathematics》 2014年第3期453-465,共13页
A kinetic flux-vector splitting (KFVS) scheme is applied for solving a reduced six-equation two-phase flow model of Saurel et al. [1]. The model incorporates single velocity, two pressures and relaxation terms. An add... A kinetic flux-vector splitting (KFVS) scheme is applied for solving a reduced six-equation two-phase flow model of Saurel et al. [1]. The model incorporates single velocity, two pressures and relaxation terms. An additional seventh equation, describing the total mixture energy, is added to the model to guarantee the correct treatment of shocks in the single phase limit. Some salient features of the model are that it is hyperbolic with only three wave propagation speeds and the volume fraction remains positive. The proposed numerical scheme is based on the direct splitting of macroscopic flux functions of the system of equations. The second order accuracy of the scheme is achieved by using MUSCL-type initial reconstruction and Runge-Kutta time stepping method. Moreover, a pressure relaxation procedure is used to fulfill the interface conditions. For validation, the results of suggested scheme are compared with those from the high resolution central upwind and HLLC schemes. The central upwind scheme is also applied for the first time to this model. The accuracy, efficiency and simplicity of the KFVS scheme demonstrate its potential for modeling two-phase flows. 展开更多
关键词 Six-Equation Model Kinetic Flux-Vector SPLITTING scheme central upwind scheme Non-Conservative System Shock Solution
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Comments on Three-point explicit compact difference scheme with arbitrary order of accuracy and its application in CFD
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作者 张红娜 宇波 +2 位作者 王艺 魏进家 李凤臣 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2009年第5期669-676,共8页
The explicit compact difference scheme, proposed in Three-point explicit compact difference scheme with arbitrary order of accuracy and its application in CFD by Lin et al., published in Applied Mathematics and Mechan... The explicit compact difference scheme, proposed in Three-point explicit compact difference scheme with arbitrary order of accuracy and its application in CFD by Lin et al., published in Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2007, 28(7), 943-953, has the same performance as the conventional finite difference schemes. It is just another expression of the conventional finite difference schemes. The proposed expression does not have the advantages of a compact difference scheme. Nonetheless, we can more easily obtain and implement compared with the conventional expression in which the coefficients can only be obtained by solving equations, especially for higher accurate schemes. 展开更多
关键词 explicit compact difference scheme conventional finite difference scheme central difference scheme upwind difference scheme
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具有守恒特性的二维溃坝洪水演进数值模型 被引量:16
4
作者 吴钢锋 贺治国 刘国华 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期683-691,共9页
基于结构网格,采用有限体积法建立了二维水动力学模型,模拟溃坝洪水在复杂实际地形条件下的流动过程。该模型采用中心迎风格式求解界面通量,并结合对界面变量的线性重构,使其具有空间上的二阶精度。分别采用中心差分方法和半隐式方法对... 基于结构网格,采用有限体积法建立了二维水动力学模型,模拟溃坝洪水在复杂实际地形条件下的流动过程。该模型采用中心迎风格式求解界面通量,并结合对界面变量的线性重构,使其具有空间上的二阶精度。分别采用中心差分方法和半隐式方法对底床坡度项和摩擦阻力项进行离散,保证了模型的和谐性和稳定性。对于复杂地形条件下溃坝洪水的模拟,负水深的产生是影响模型稳定的关键因素。当库朗特数小于0.25时,模型能够保证任何时刻的计算水深都是非负的,而无需对负水深单元进行特殊处理。因此,相比于现有的大部分溃坝洪水模型,该模型具有更强的鲁棒性和稳定性。 展开更多
关键词 溃坝 结构网格 二维浅水方程 有限体积法 中心迎风格式 数值和谐性
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基于守恒稳定格式的二维坡面降雨动力波洪水模型 被引量:6
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作者 吴钢锋 贺治国 刘国华 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期514-520,共7页
基于结构网格,采用有限体积法建立二维动力波洪水模型,用于模拟坡面地形条件下降雨洪水的运动规律.该模型在连续方程的源项中分别添加了降雨项和下渗项,其中土壤的下渗强度采用Green-Ampt入渗模型来计算.该模型采用中心迎风格式计算界... 基于结构网格,采用有限体积法建立二维动力波洪水模型,用于模拟坡面地形条件下降雨洪水的运动规律.该模型在连续方程的源项中分别添加了降雨项和下渗项,其中土壤的下渗强度采用Green-Ampt入渗模型来计算.该模型采用中心迎风格式计算界面通量,并通过对界面两侧变量的线性重构,使得该模型具有空间上的二阶精度.为了保证模型的稳定性,采用半隐式的方法对底床摩擦项进行离散,同时利用中心差分方法对底床坡度项进行离散来保证数值格式的和谐性.对于坡面降雨洪水的模拟,负水深的产生是影响模型稳定的关键因素.本模型在库朗特数小于0.25时,能够保证任何时刻的计算水深都是非负的,而无须在计算过程中采用重新分配水深的方法来处理负水深,因此,相比于现有的大部分模型,该模型具有更强的鲁棒性和稳定性.采用该模型分别对2个非规则坡面地形条件下降雨产流实验进行模拟,计算结果与实测值吻合较好,表明该模型能够较准确地模拟复杂地形条件下坡面降雨洪水的运动规律以及土壤的下渗特性. 展开更多
关键词 动力波洪水模型 有限体积法 中心迎风格式 线性重构 GREEN-AMPT入渗模型 坡面洪水
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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型 被引量:6
6
作者 房克照 尹晶 +1 位作者 孙家文 焦子峰 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期96-105,共10页
基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,... 基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,保证了格式的和谐性、守恒性和水深非负性,有效处理了海岸动边界问题。时间积分采用具有强稳定性质的二阶龙格-库塔方法 (ssp RK)。针对滑坡体兴波经典算例开展数值模拟,将计算结果与解析解、实验结果及其他模型计算结果进行比较和分析。结果表明,对于所考虑的计算工况,模型能较合理地模拟滑坡兴波的产生、传播和爬高过程。 展开更多
关键词 滑坡体兴波 非线性浅水方程 有限体积方法 中心迎风格式
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双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式 被引量:4
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作者 胡彦梅 陈建忠 封建湖 《计算物理》 CSCD 北大核心 2008年第1期29-35,共7页
给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不... 给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不用求解Riemann问题,避免进行特征分解.用该格式对一维和二维Euler方程进行数值试验,结果表明该格式是高精度、高分辨率的. 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风差分格式 半离散 中心WENO重构
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多车种LWR交通流模型的半离散中心迎风格式 被引量:2
8
作者 胡彦梅 封建湖 陈建忠 《计算物理》 CSCD 北大核心 2014年第3期323-330,共8页
对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通... 对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通过数值算例验证了格式的有效性. 展开更多
关键词 多车种 LWR交通流模型 半离散中心迎风格式 WENO-Z重构
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求解无粘可压Euler方程组的虚拟流方法 被引量:1
9
作者 封建湖 蔡力 +1 位作者 谢文贤 王振海 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期496-501,共6页
首先将三阶Godunov型半离散中心迎风格式推广到四阶,之后再将该新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法结合起来,成功地处理了非反应激波问题和多介质流中的爆轰间断问题。由于Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置... 首先将三阶Godunov型半离散中心迎风格式推广到四阶,之后再将该新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法结合起来,成功地处理了非反应激波问题和多介质流中的爆轰间断问题。由于Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置,而虚拟流的构造能隐式地捕捉到界面的边界条件,故而本文的方法可以很自然地推广到多维情况。 展开更多
关键词 半离散中心迎风格式 LEVEL SET方法 虚拟流方法
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一种低耗散、无伪振荡的实用差分格式 被引量:2
10
作者 姚朝晖 张锡文 +1 位作者 任玉新 王学芳 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2001年第2期195-199,共5页
探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题。本文在分析 SOUCU P格式的基础上 ,将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了 WSUC格式。分析表明 ,WSUC格式具有整体二阶空间精度 ,且半离散 WSUC格式具有总变... 探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题。本文在分析 SOUCU P格式的基础上 ,将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了 WSUC格式。分析表明 ,WSUC格式具有整体二阶空间精度 ,且半离散 WSUC格式具有总变差有界性 ,因而格式可以抑制伪振荡 ;另外还证明了 WSUC格式是无条件对流稳定的。两个典型算例的结果表明 :WSUC格式的数值解的精度较 SOUCUP格式有了显著的提高 ,而计算量没有明显增加。 展开更多
关键词 低耗散 无伪振荡 对流稳定性 WSUC差分格式
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双曲型守恒律的一种三阶半离散中心迎风格式 被引量:2
11
作者 陈建忠 史忠科 《计算物理》 CSCD 北大核心 2006年第3期273-280,共8页
对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge_Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,... 对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge_Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,避免了特征分解过程,保持了中心格式简单的优点.数值算例验证本方法可进一步减小数值耗散,提高分辨率. 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风格式 重构 数值耗散
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对论文“任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用”的评论 被引量:1
12
作者 张红娜 宇波 +2 位作者 王艺 魏进家 李凤臣 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2009年第5期623-630,共8页
证明了林建国等(林建国,谢志华,周俊陶.任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用.应用数学和力学,2007,28(7):843-852)提出的紧致显格式与传统的差分格式实质相同,是传统差分格式的另一表达形式,并不具有紧致格式的优点.尽管如此,但... 证明了林建国等(林建国,谢志华,周俊陶.任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用.应用数学和力学,2007,28(7):843-852)提出的紧致显格式与传统的差分格式实质相同,是传统差分格式的另一表达形式,并不具有紧致格式的优点.尽管如此,但这种表达形式更紧凑,推导获得高精度的差分表达式相对于传统的Taylor展开求待定系数的方法也更加简单. 展开更多
关键词 显式紧致 传统差分 中心格式 迎风格式
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一种基于WENO重构的半离散中心迎风格式 被引量:1
13
作者 胡彦梅 陈建忠 封建湖 《动力学与控制学报》 2005年第2期54-59,共6页
通过三阶WENO重构和半离散中心迎风数值通量的结合,给出了一种求解双曲型守恒律方程的三阶半离散中心迎风格式.格式保持了中心差分格式方法简单的优点.数值计算的结果表明该方法具有较高的分辨率.
关键词 迎风格式 半离散 重构 双曲型守恒律方程 中心差分格式 数值计算 分辨率 三阶 求解
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运用半离散中心迎风格式计算二维浅水方程的研究 被引量:2
14
作者 陈建忠 史忠科 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期853-857,共5页
以三阶中心加权本质无振荡重构为基础,采用一维一维进行计算的方法,给出了求解二维浅水方程的高分辨率三阶半离散中心迎风格式。引入的重构方法既提高了格式的精度,又保证格式是无振荡的。时间的离散用最优的三阶SSP(Strong Stability P... 以三阶中心加权本质无振荡重构为基础,采用一维一维进行计算的方法,给出了求解二维浅水方程的高分辨率三阶半离散中心迎风格式。引入的重构方法既提高了格式的精度,又保证格式是无振荡的。时间的离散用最优的三阶SSP(Strong Stability Preserving)Runge-Kutta方法。源项的离散用辛普森公式。计算方法保持了中心差分格式简单的优点,即不需用黎曼解算器和进行特征分解过程。数值模拟结果与其它方法所得结果一致,表明了方法的有效性和稳定性。 展开更多
关键词 二维浅水方程 中心迎风格式 重构 半离散
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求解双曲型守恒律的半离散三阶中心迎风格式 被引量:1
15
作者 陈建忠 史忠科 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期157-162,共6页
给出了求解一维双曲型守恒律的一种半离散三阶中心迎风格式,并利用逐维进行计算的方法将格式推广到二维守恒律。构造格式时利用了波传播的单侧局部速度,三阶重构方法的引入保证了格式的精度。时间方向的离散采用三阶TVD R unge-K u tta... 给出了求解一维双曲型守恒律的一种半离散三阶中心迎风格式,并利用逐维进行计算的方法将格式推广到二维守恒律。构造格式时利用了波传播的单侧局部速度,三阶重构方法的引入保证了格式的精度。时间方向的离散采用三阶TVD R unge-K u tta方法。本文格式保持了中心差分格式简单的优点,即不需用R iem ann解算器,避免了进行特征分解过程。用该格式对一维和二维守恒律进行了大量的数值试验,结果表明本文格式是高精度、高分辨率的。 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风格式 半离散 重构
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基于五阶CWENO重构的中心迎风格式 被引量:1
16
作者 程晓晗 封建湖 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期13-16,共4页
提出一种五阶CWENO重构,将其与中心迎风数值通量相结合,得到一种求解双曲型守恒律方程的五阶中心迎风格式。该格式构造简单,无需Riemann求解器,易于编程实现。运用该格式求解标量守恒律方程和Euler方程组,数值结果表明,该格式具有五阶精... 提出一种五阶CWENO重构,将其与中心迎风数值通量相结合,得到一种求解双曲型守恒律方程的五阶中心迎风格式。该格式构造简单,无需Riemann求解器,易于编程实现。运用该格式求解标量守恒律方程和Euler方程组,数值结果表明,该格式具有五阶精度,分辨率高,能准确计算出解的各种复杂结构。 展开更多
关键词 五阶CWENO重构 中心迎风格式 双曲型守恒律
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基于POM的物质输运方程数值格式研究 被引量:1
17
作者 申霞 洪大林 王鹏 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期452-459,共8页
在三维海洋模式POM基础上建立水质模型,采用中心差分格式、迎风格式以及Smolarkiewicz迎风格式离散物质输运方程。以三维理想水槽中连续源排放的浓度场预测为例,分析3种离散格式求解所得的浓度场。结果表明,3种格式的数值解与解析解的... 在三维海洋模式POM基础上建立水质模型,采用中心差分格式、迎风格式以及Smolarkiewicz迎风格式离散物质输运方程。以三维理想水槽中连续源排放的浓度场预测为例,分析3种离散格式求解所得的浓度场。结果表明,3种格式的数值解与解析解的偏差均小于20%。中心差分格式会引起解的震荡,导致物质的反向输移,出现浓度负值。迎风格式能够保证浓度的正值,但该格式带来的数值耗散导致数值解与解析解偏离较大。Smolark-iewicz迎风格式在普通迎风格式基础上引入抗扩散流速,经多次叠代,能有效降低计算中的数值耗散,提高了计算精度。 展开更多
关键词 Smolarkiewicz 迎风格式 中心差分格式 三维 水槽试验
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三维非定常/定常不可压缩流动N-S方程基于人工压缩性方法的数值模拟 被引量:6
18
作者 温功碧 陈作斌 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2004年第1期53-66,共14页
基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解。对半离散方程的左端采用中心差分,方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶。湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式。计算例子包括二维平... 基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解。对半离散方程的左端采用中心差分,方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶。湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式。计算例子包括二维平板、机翼剖面、扁椭球、颅动脉瘤等。计算结果表明,压力和摩擦系数与实验符合,在分离涡旋区计算值与实验有差别,这或许是由于湍流模式不够精确的缘故。 展开更多
关键词 不可压缩流N-S方程 数值模拟 人工压缩性 中心和迎风混合算法 绕扁椭球流动 非定常/定常流动
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高阶多维半离散中心迎风格式及其应用
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作者 蔡力 封建湖 +1 位作者 谢文贤 周军 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期90-95,共6页
提出了求解多维对流-扩散方程的四阶半离散中心迎风格式。该格式以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在Riemann扇内波传播的局部速度,从而更加准确地估计出了局部Riemann扇的宽度,最终既回避了网格的交错,又降低了格式的... 提出了求解多维对流-扩散方程的四阶半离散中心迎风格式。该格式以中心加权基本无振荡(CWENO)重构为基础,同时考虑到在Riemann扇内波传播的局部速度,从而更加准确地估计出了局部Riemann扇的宽度,最终既回避了网格的交错,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半离散中心迎风格式。本文还将该四阶半离散中心迎风格式与涡度-流函数方法相结合,有效地求解了二维不可压Euler方程组和Navier-Stokes方程组。 展开更多
关键词 中心加权基本无振荡格式 半离散中心迎风格式 对流-扩散方程 不可压Euler方程组 不可压Navier-Stokes方程组
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奇异摄动Robin问题的二阶混合差分法 被引量:1
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作者 岑仲迪 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2006年第1期3-6,共4页
考虑一个含有指数边界层的奇异摄动Robin问题.在Bakhvalov-Shishkin网格上用混合差分格式来离散Robin问题,证得此混合差分法是关于ε一致二阶L∞模收敛的.数值实验证实了理论结果,显示估计是稳健的.
关键词 ROBIN问题 奇异摄动 迎风差分法 中心差分法 Bakhvalov—Shishkin网格
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