一类非线性反应-扩散-对流方程的显隐交替差分方法

非线性反应-扩散-对流方程,广泛存在于化学工程,传热传质和水质污染等领域中,其数值解法具有重要的科学意义和工程应用价值。针对一类非线性反应-扩散-对流方程,本文提出一类显式和隐式交替差分方法,基于交替技术将时间网格点按照奇偶划分,联合使用古典显格式和隐格式,构造出显隐交替差分格式和隐显交替差分格式。理论分析得出显隐交替差分方法的解是存在唯一的、线性稳定的和线性收敛的。数值试验验证了理论分析,试验显示显隐交替格式与隐显交替格式相较于隐格式节省约23%的计算效率,表明本文方法求解非线性反应-扩散-对流方程是有效的。

Dirichlet边界条件下的时滞合作-扩散-对流系统的稳定性与Hopf分支

本文研究一类具有Dirichlet边界条件的时滞合作-扩散-平流系统.我们首先讨论空间非齐次正稳态解的存在性和稳定性.其次,我们证明时滞的增加会使正稳态解失稳,并且当时滞值穿过临界分支点时系统会存在Hopf分支.

基于扩散-对流模型的海底混凝土隧道耐久寿命预测

考虑海底隧道承受侵蚀性高压力海水的服役环境特点以及高性能混凝土的非饱和特性,建立了海底混凝土隧道氯离子扩散-对流传输模型和耐久寿命预测模型。以舟山沈家门海底隧道为工程背景,通过室内实验确定计算参数,采用TOUGH2软件数值模拟了环境中氯离子侵入隧道的传输过程,得到了氯离子经时传输规律,以及水头、混凝土初始饱和度、环境氯离子质量分数的作用规律,比较了扩散、饱和扩散-对流、非饱和扩散-对流预测模型的计算差异。结果表明:海底隧道腋角位置的氯离子质量分数累积最高;水头和环境氯离子质量分数与氯离子质量分数增长呈正相关,混凝土初始饱和度与氯离子质量分数增长呈负相关;按照扩散模型预测得到的隧道耐久寿命最长,按照非饱和扩散-对流模型预测得到的耐久寿命最短。

一类反应-扩散-对流方程的平衡解分析

利用相平面分析的方法给出方程ut=uxx-βuux+f(u)的所有非负有界平衡解,其中u=u(t,x),t>0,x∈I⊆R,β>0,f是双稳态型非线性项.最终得到7种分类结果.

考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型及其求解方法

为准确预测跨海隧道衬砌内部氯离子含量,本文提出了一个考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型。首先,分别引入Langmuir等温吸附结合模型、幂函数型非饱和扩散方程和VG-Mualem水分传输模型,依次考虑氯离子结合效应、混凝土内部非饱和扩散以及非饱和水分渗透作用对氯离子传输的影响,建立非饱和状态下的隧道衬砌混凝土氯离子侵蚀理论模型;其次,基于有限差分原理提出模型的数值求解方法,并验证求解方法的有效性;最后,通过试验分析模型的可靠性,开展参数讨论。研究结果表明:在非饱和状态下,水分渗透对混凝土内离子输运有双重促进作用,使得混凝土内部的饱和度、扩散系数和渗透系数均随时间增加而逐渐增大;在外水压作用早期,混凝土内部处于非饱和状态时,混凝土内部的毛细压力对离子传输效率的影响占主导作用,且呈现出显著的正相关性;饱和渗透系数越大,溶质流速越快,氯离子传输效率也更高。本文提出的基于有限差分原理的数值求解方法是有效的,建立的非饱和状态下隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型具有可靠性,可用于分析混凝土内部非饱和状态时的氯离子传输规律。

对流-扩散方程源项识别反问题的遗传算法

给出了利用遗传算法求解对流 扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项反问题转化为优化问题,用遗传算法求解。它的特点在于:从多个初始点开始寻优,并借助交叉,变异算子来获得全局最优解。实例模拟结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等特点。

对流-扩散方程逆过程反问题的稳定性及数值求解

对流-扩散方程逆过程反问题是一不适定问题. 利用 Fourier分析理论研究了该类反问题,得到了在空间L2中的稳定性定理. 利用Tikhonov正则化方法给出了一种反演算法. 数值模拟结果表明,利用此方法求解对流 扩散方程逆过程反问题具有稳定性好、精度高的特点.

对流-扩散过程逆过程反问题的伴随同化研究

对流-扩散方程逆过程反问题是一个不适定问题。利用伴随同化方法及处理数学物理反问题的技巧对该问题进行了数值研究。为了克服反问题中不适定性带来的困难,利用反问题中正则化思想,这里在目标函数中引入了正则项,其目的是克服不适定和计算不稳定。数值模拟结果表明,与通常的伴随同化方法相比,该方法无论是目标函数的下降速度、解的精确度都有较明显改进。因而,利用此方法求解对流-扩散方程逆过程反问题具有稳定性好、精度高的特点。利用该方法反演对流-扩散方程逆过程反问题的初值是可行的。

象山港水交换数值研究──Ⅰ.对流-扩散型的水交换模式

以溶解态的保守性物质作为湾内水的示踪剂，建立了对流-扩散型的海湾水交换数值模型。数值模型使用参数化的方法把重力环流和潮振荡的垂向剪切作用的水平混合效应包钠在水平二维的示踪剂对流-扩散方程中。在空间网距较小时，模型的稳定性和守恒性均可满足海湾水交换研究的需要。

一维对流-扩散试验各种边界条件及其统一形式解析解

黏土系材料广泛应用于各种污染防治工程,扩散系数是其关键参数之一,实验室一般通过拟合一维土柱对流-扩散试验数据来确定土的扩散系数。探讨了常用的零浓度边界、零浓度梯度边界和半无限边界对应的试验条件,给出了各边界条件的统一形式,通过引入变换式和辅助问题,求解得到各边界条件下统一的有限厚度土层中对流-扩散-吸附解析解,分析了各解析解之间的差异和用于数据拟合产生的误差。结果表明,每一种底边界条件都与土柱试验底部的实际情况相对应,柯西边界可看作各种边界条件的统一形式;土柱未被击穿时各边界条件解析解无差别;土柱击穿后,越靠近土柱底面,各种边界条件解析解计算结果差异越大,底面处浓度值随柯西参数?/?的增大而减小,?/?越大,代表底边界处扩散在溶质迁移中所占比例越大,同时底部浓度梯度越大;算例中对底部为半无限边界的试验数据进行拟合,若采用零浓度边界和零浓度梯度边界,计算结果分别偏大15%和偏小9%,根据土柱底部的对流-扩散比例和浓度梯度具体情况选择相应边界条件下的解析解,是保证数据拟合正确性的基本要求。

一类对流-扩散方程热源识别反问题

根据测量数据,利用分离变量法,得到未知源函数和测量数据之间的关系式.这类问题称为未知源识别反问题,是典型的不适定问题.利用截断正则化方法,得到问题的一个正则近似解,并且给出正则解和精确解之间具有H¨oler型的误差估计.

具奇异系数的耦合反应-对流-扩散方程组的临界Fujita曲线

利用能量比较和构造自相似上解的方法研究具奇异系数的耦合反应-对流-扩散方程组的齐次Neumann外问题,确定了刻画解是否整体存在的临界Fujita曲线,并建立了Fujita型爆破定理.该临界Fujita曲线依赖于方程组的空间维数、对流项和反应项.

非线性对流-扩散方程的一些精确解

利用齐次平衡原则导出了对流 扩散方程的自 BT,再用行波约化方法并借助于Riccati方程求出对流 扩散方程的精确解,由此得到方程另外几组新解。

变系数空间分数阶对流-扩散方程的隐式差分逼近

在一般对流-扩散方程的基础上,研究了变系数空间分数阶对流-扩散方程的隐式差分逼近格式.利用Grünwald改进型公式和时间、空间一阶差商公式对分数阶导数进行离散,提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点和Lax等价定理,证明了这个差分格式是无条件稳定的,并且证明了它的收敛性.最后通过数值例子验证了提出的差分格式是可靠和有效的.

复杂系统对流-扩散问题的多尺度关联模式与数值模拟

本文针对一类与时间相关的具有某种周期性的复杂系统对流-扩散方程,初步建立了介观与宏观耦合的多尺度分析的一般框架,并进行了数值实验。

对流-扩散法制备多孔衬底支撑梯度结构电解质薄膜(英文)

以多孔氧化铝(porous alumina,p-Al2O3)为模型多孔电极衬底材料,利用对流-扩散效应成功制备得到了具有梯度结构的8%(以摩尔计)钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)电解质薄膜。该方法新颖、经济简单、适合于制备大尺寸平板型固体氧化物燃料电池中多孔电极支撑的电解质薄膜。利用扫描电镜和X射线角散分析技术对所制备电解质薄膜/p-Al2O3样品进行了微结构测试和表征。结果表明:由该方法在多孔衬底上实现的YSZ 电解质薄膜由生长于衬底表面上的均匀致密层(≈10μm)和衬底表面下孔道中均匀填充层(≈50μm)与弥散填充层(≈250μm)构成,且各层厚度可通过改变对流-扩散沉积条件得到调节。

多污染源对流-扩散方程的参数识别反问题

研究了多污染源对流-扩散方程参数识别的一种新方法.该方法把参数反问题转化为优化问题,利用正则化迭代法求解控制方程的参数。实例模拟结果表明,该方法具有精度高、收敛速度快且易于编程实现和计算时间少的特点。数值模拟结果与所研究汾河河段的实际水质监测结果基本吻合,表明该方法具有一定的合理性和实用性。

反应-对流-扩散方程组的齐次Dirichlet外区域问题的Fujita型定理

利用能量比较方法和比较原理考虑含源和对流项的耦合非线性扩散方程组的齐次Dirichlet外区域问题解的整体存在和爆破性质,确定了临界Fujita曲线,并建立了Fujita型爆破定理.结果表明,该临界Fujita曲线依赖于方程组的空间维数、对流项和反应项.

变系数时间-空间分数阶对流-扩散方程的数值算法比较

文章分别采用显式差分格式、隐式差分格式和Crank-Nicholson格式,数值求解变系数时间-空间分数阶对流-扩散方程,并从局部截断误差、稳定性和计算量3个方面对数值算法进行了比较分析,通过数值算例验证了分析结果。

变系数对流-扩散方程的交替分段Crank-Nicolson方法

对Saul’yev型格式中的对流项构造了一种新的离散化逼近形式 ,进而给出了变系数对流_扩散方程的Crank_Nicolson方法· 这个方法是绝对稳定的· 数值实验表明该方法并行性好 ,精度高 ,宜于直接在并行计算机上使用·