非饱和土壤水流方程基于特征投影分解方法的降阶CN有限元外推模型

利用Crank-Nicolson有限元方法和特征投影分解方法去建立二维非饱和土壤水流方程的一种维数很低,精度足够高的降阶CN有限元外推模型,并给出这种降阶CN有限元外推模型的降阶近似解误差估计和算法实现.最后用数值例子说明数值结果与理论结果相吻合,并阐明这种降阶CN有限元外推模型的优越性.

二维非饱和土壤水流方程基于POD方法的有限元格式

将特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)应用于二维非饱和土壤水流方程通常的有限元格式,将其简化为一个计算量少但具有足够高精度的POD有限元格式,并给出POD有限元解的误差估计.数值例子表明:POD有限元解能有效地表达土壤水流的运动特征,保证了POD有限元解和通常有限元解误差足够小,而且POD有限元格式有较少的自由度,比通常的有限元格式大大节省了计算量和内存容量,从而验证POD方法的有效性.

时间分数阶的非饱和渗流数值分析及其应用

非饱和渗流过程的数值模拟对土质边坡稳定性分析、地下污染物迁移模拟等众多领域有着重要的意义.Richards方程由于其普遍适用性被广泛地应用,然而Richards方程所描述的渗流过程并未考虑在自然环境和实验中存在的反常扩散现象.针对这一问题,该文结合Caputo导数得到了具有更广泛渗流意义的时间分数阶Richards方程,采用有限差分法得到其离散格式并采用Picard法迭代求解,以及对分数阶参数和土水特征曲线进行了敏感性分析.最后,结合土柱入渗实验数据,比较了不同土水特征曲线下时间分数阶Richards方程得到的数值解.结果表明,VGM模型的时间分数阶Richards方程与实测数据具有更好的拟合效果,能够更好地描述地下水在非饱和土中的渗流过程.

非饱和土壤水流方程的CN广义差分法

首先给出二维非饱和土壤水流方程时间二阶精度的Crank-Nicolson(CN)时间半离散化格式,然后直接从CN时间半离散化格式出发,建立具有时间二阶精度的全离散化CN广义差分格式,并给出误差分析,最后用数值例子验证全离散化CN广义差分格式的优越性.这种方法能提高时间离散的精度,极大地减少时间方向的迭代步,从而减少实际计算中截断误差的积累,提高计算精度和计算效率.而且该方法可以绕开对空间变量的半离散化广义差分格式的讨论,使得理论研究更简便.