三维不可压缩N-S方程的紧致有限差分和Fourier谱方法

采用高精度紧致有限差分———Fourier谱杂交的方法直接数值模拟了三维不可压缩的Navier Stokes方程 .该算法的时间离散采用三阶精度混合显隐分裂格式 ,空间离散则结合Fourier谱方法及高精度紧致有限差分逼近 .该方法与普通的有限差分格式相比 ,具有很高的逼近精度及波数分辨率 ;针对三维平面槽道流的情况 ,应用该算法 ,直接数值模拟了三维T S波在平面槽道流的传播问题 。

基于有限差分-谱方法的分数阶Burgers流体的非稳态驻点流动

研究了分数阶Burgers流体通过拉伸平板的非稳态驻点流动问题。将分数阶导数引入Burgers流体模型可以更好地模拟流动过程,但也增加了模型的复杂性和求解难度。首次运用有限差分-谱方法求解分数阶Burgers流体模型,离散格式构造简单有效。采用谱方法对控制方程中的空间项进行离散,利用有限差分方法分别结合L-1和L-2算法离散控制方程中的时间项,给出了两种离散格式,并且通过构造数值算例证明了离散格式的收敛性。结果表明,在靠近平板处,速度随着分数阶导数的增加而减小,而无穷远处的流体速度呈现出相反的趋势,体现了分数阶导数的记忆特性。此外,雷诺数越小,流体的粘度越大,导致流体速度越大。由于松弛时间参数的松弛特性,靠近平板处松弛时间参数对速度分布有抑制作用,远离平板处松弛时间促进流体流动。

解线性薛定谔方程的广义时域有限差分方法的紧致形式

文献[1]提出了求解线性薛定谔方程的广义时域有限差分方法(GFDTD),其中的Laplace算子是用二阶中心差分和四阶中心差分逼近的.本文用文献[2]提出的一般的紧致差分格式来逼近Laplace算子,从而得到了紧致形式的广义时域有限差分方法(CGFDTD).我们分析了其稳定性条件,数值算例结果证实了理论分析.

有限差分-谱方法求解Allen-Cahn方程的误差分析

利用一阶有限差分-谱方法求解Allen-Cahn方程u_t-Δu+1/(ε~2)f(u)=0并进行严格的误差分析,其中交面宽度ε是一个很小的参数.误差分析结果表明:若初始解u_0的正则性受ε^(-σ)控制,当时间步长δt充分小以及多项式阶数N充分大时,全离散格式的误差界也受ε^(-σ)控制.该误差分析有效改进了误差界受1/e^(ε^2)控制的结果.

三维Helmholtz方程的高阶紧致差分方法

提出了三维Helmholtz方程等距网格上的一种四阶精度19点紧致差分格式。结合多重网格V循环算法和红黑高斯-塞德尔迭代法进行求解,并与二阶中心差分格式进行了比较。计算结果验证了本文方法的精确性和有效性。

三维Navier-Stokes/Boussinesq方程组的高精度紧致有限差分格式

基于涡量-势函数方法,利用泊松方程的四阶紧致差分公式,构造了一种数值求解三维定常Navier-Stokes/Boussinesq方程组的高精度紧致有限差分格式,并针对有解析解的Dirichlet边值问题进行了数值实验,验证了方法的精确性和有效性.

解输运方程的谱有限差分法

Ｂｏｌｔｚｍａｎ输运方程在核工业领域，核测井方面均有广泛应用，但在实际应用中精确求解这一方程很困难。本文利用谱方法和有限差分法的结合实现了非稳态Ｂｏｌｔｚｍａｎ方程的数值计算。

基于非等距网格的紧致差分方法与经典差分方法的比较

采用泰勒展式系数匹配的方法构造出了非等距网格系统的紧致差分格式,并分析了其截断误差.与经典差分方法进行比较发现,紧致差分格式的基架要少于同价精度的经典差分格式,同价截断误差的紧致差分格式比经典差分格式计算误差小,非等距网格下紧致差分格式对网格的依赖性比经典差分格式强,网格对计算精度的影响较大.

数值求解一维波动方程的四阶紧致差分方法

针对一维波动方程提出了一种有限差分方法.首先,采用泰勒级数展开公式和原方程代入的方法推导出了第一个时间层未知函数值的四阶紧致差分格式.然后,用四阶紧致差分公式近似空间导数项,采用中心差分格式截断误差余项修正的方法处理时间导数项,推导出了第二个时间层以后未知函数的四阶紧致差分格式.该方法时间和空间具有整体四阶精度.利用Fourier方法分析了所提格式的稳定性.由于本文格式在未知时间层仅涉及3个网格点,因此可采用追赶法求解离散化后所得到的线性方程组.最后,用数值算例验证了本文格式的精确性和稳定性.

Nernst-Planck-Poisson方程的差分/谱方法求解

研究了Nernst-Planck-Poisson(NPP)方程的数值计算方法.推导了弱解的稳定性,提出了一系列时间离散格式,分析了半离散问题的若干性质,如离散浓度解的非负性(非负浓度是NPP系统的重要性质),格式的条件/无条件稳定性.结合谱方法进行空间离散,得到全离散数值格式,通过数值实验验证了算法的时间一阶、二阶收敛性,空间谱收敛性,以及离子浓度数值解的非负性.

求解带有不连续波数的二维变系数Helmholtz方程的一种高精度紧致差分方法

很多实际物理问题都可以由带有不连续波数的变系数Helmholtz方程进行数值模拟。Helmholtz方程的数值方法研究是热点问题之一,具有重要的理论和实际意义。由于波数的不连续性,使用传统的有限差分方法求解带有不连续波数的Helmholtz方程时通常无法达到原有差分格式的精度。结合浸入界面方法的思想,对带有不连续波数的二维变系数Helmholtz方程构造了一类新的四阶紧致有限差分格式,数值实验验证了新方法的可靠性和有效性。

泊松方程的优化有限差分方法

本文基于Kreiss所建立的紧致差分公式,提出一种既简单又新颖的离散二维泊松方程的优化有限差分方法。首先将二维泊松方程转化成一维问题,再利用紧致差分直接离散一维方程,以此为基础,最终建立起九结点矩形网格下的求解二维泊松方程的优化差分格式。

非线性延迟波动方程的紧致有限差分格式

本文主要研究了一类带有Dirichlet边界条件的非线性延迟波动方程,并建立了一个紧致有限差分格式。运用离散能量法证明了该差分格式在L∞范数下满足时间二阶、空间四阶的收敛率。最后通过数值算例验证了算法的精度和有效性。

一种求解RLW方程的紧致差分格式

利用紧致有限差分方法进行空间离散,龙格库塔方法进行时间离散,建立了一种求解RLW方程的数值格式,较好地解决了对空间与时间混合导数项的离散问题,并在空间和时间上都保持了高阶精度.所得数值结果证实了该数值格式具有较高的精度.

求解反应扩散方程的紧致隐积分因子方法

积分因子(IF)方法是近年来提出的求解刚性常微分方程组的一种有效的数值方法。本文应用改进的紧致隐积分因子(cIIF)方法求解二维反应扩散方程。在空间离散上采用二阶中心差分方法。数值模拟得到各种斑图结构与所引文献结果相当一致。

Fourier伪谱方法在不可压缩平板边界层研究中的应用

以三维不可压缩平板边界层为研究对象,扰动形式N-S方程为控制方程,从空间模式的角度,直接数值模拟了三维不稳定T-S波传播的过程.时间离散采用三阶精度混合显隐分裂格式,空间离散则结合Fourier伪谱方法及高精度紧致有限差分逼近,法向采用非等间距网格坐标变换,出口边界条件采用嵌边函数法,程序采用MPI(Message passing interface)并行方法编写.实例验证,该方法计算结果与流动稳定性分析的结果一致.

紧致差分格式求解二维非稳态不可压N-S方程

采用泰勒展式系数匹配的方法构造基于非等距网格的紧致差分格式并得出了它的截断误差。紧致差分格式能够很好的模拟不同时刻流场的变化情况,网格系统的选择对精度的影响很大,基于非等距网格的紧致差分方法是一种比经典差分方法精度更高的求解非稳态纳维斯托克斯方程的有效算法。

谱方法及其应用

介绍了谱方法的产生、发展、广泛的理论及应用前景，并比较了它与有限差分方法、有限元方法的优劣。

二阶导数的小波多分辨表示与有限差分表示比较

有限差分法所用的基函数虽然具有紧支撑性,但它的光滑性较差,基于小波基的导数多分辨描述方法,具有很好的局部性和光滑性.本文导出了二阶导数的多分辨表示公式,并与有限差分表示进行了比较分析.

梁振动方程的三点稳定紧致差分格式

利用Taylor级数展开方法,给出了数值求解梁振动方程的空间3点的稳定紧致有限差分格式,数值格式在时间方向具有2阶精度,空间方向上具有4阶精度,理论上证明了格式是无条件稳定的.数值算例验证了格式的精度阶,与理论结果一致.此外,数值算例模拟了长时间条件下精确解和数值解的演化情况,结果显示,数值解与精确解吻合度良好.