外部绕流的Navier-Stokes方程的边界层方程和维数分裂法

采用基于物体表面二维曲面的半测地坐标系(S-coordinate)建立了一个新的外部绕流边界层方程(boundary layer equations,BLE).BLE是一个关于物体的未知法向粘性应力张量和压力的非线性偏微分方程,其解的存在性得到了证明.此外,通过在二维流形上应用若干个2D-3C偏微分方程组来近似Navier-Stokes方程,获得了三维Navier-Stokes方程的维数分裂法.最后,对球和椭球的外部绕流问题给出了算例.

三维弹性力学改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法权函数研究

三维弹性力学改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法的关键是将三维问题转化为二维问题.二维问题采用改进的插值型无单元Galerkin法进行求解,分裂方向上采用有限差分法.在构造形函数时,权函数对其具有较大影响.研究三次样条函数、四次样条函数、指数函数和正定紧支径向基函数为权函数时,三维弹性力学改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法数值计算结果的计算精度和计算效率.并与改进的无单元Galerkin方法计算结果进行比较,说明该方法的优越性及权函数的重要性.

叶轮机械通道内压力的修正方程和数值模拟

为了解决有限元法直接求解不可压流动存在离散Babuska-Brezzi条件限制而使得压力求解精度相对较低的问题,根据维数分裂法思想提出了叶轮机械通道内二维流形上压力Laplace-Bel-trami方程(LB-2D).该椭圆型压力修正方程不受离散Babuska-Brezzi条件的限制,因而可采用任意高阶有限元空间进行逼近.另外,由于维数分裂算法只需在二维流形上进行求解,所以自然避免了三维窄边单元的问题.以NASA低速大尺度离心叶轮(LSCC)作为算例,在3个典型二维流形上定性、定量比较了LB-2D与FLUENT商业软件的计算结果,结果表明:相比来自FLUENT的相邻二维流形上的流场数据,LB-2D能够给出与FLUENT基本一致的计算结果,证实了压力LB-2D方程是可靠的.

组合三维偏移技术及其在涠11地区的应用

针对涠11地区地层速度变化大,尤其是纵向上变化强烈,以及地震反射波交叉严重等特点,摸索出了一种组合式三维叠前加叠后时间偏移技术,即F-K三维叠前时间偏移与维数分裂法叠后时间偏移组合技术。应用该项组合偏移技术,可缩短地震资料的处理周期,提高处理效率,并较大程度地改善偏移成像的质量。

透平机械内部三维可压缩Navier-Stokes方程的流面方法和维数分裂算法

在这篇文章中,运用经典的张量分析方法,把流动区域用一个二维流形序列分割成一系列流层之并,推得在流层内半测地坐标之下的Navier-Stokes方程,在流形的法线方向应用向后Euler差分,推导了两维流形上的可压缩Navier-Stokes方程,和流函数满足的方程.在这个基础上,提出了一种维数分裂法的新算法.这种方法不同于区域分解法.对于三维问题,在区域分解法中我们必须在每个子区域上仍解三维问题,但是在这种新方法中,只需要在每个子区域上求解二维问题,不过是几个二维流形上的NS方程.文中还给出了一个透平机械内部流动的数值计算实例.

插值型维数分裂无网格法中本质边界条件施加方法研究

本文以求解三维波动方程为例,介绍了改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法,推导了方程的弱形式,构造了具有插值特性的逼近函数,建立了可直接施加本质边界条件的离散方程组,研究不同本质边界条件施加方法对计算结果的影响.本文列举了三种常用的处理本质边界条件的方法:直接配点法、对角元素置大数法和对角元素化一法.选取了三个数值算例,分别采用不同的本质边界条件施加方法,分析计算结果,证明了三种施加方法的有效性,讨论了每种施加方法的优缺点,并针对问题需求选出合适的施加本质边界条件的方法.与改进的无单元Galerkin方法相比,改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法具有更高的计算精度和更快的计算速度.

求解三维弹性力学问题的快速耦合方法

将多种数值方法耦合,充分利用各种方法的优点建立新的数值方法,是求解三维复杂问题的有效途径之一.本文将无单元Galerkin(Element-Free Galerkin,EFG)方法、有限元法和维数分裂法耦合,提出了求解三维弹性力学问题的快速耦合方法(Fast Hybrid Method,FHM).将三维弹性力学问题分裂为若干个二维平面问题,对于每个二维问题采用罚函数法施加边界条件,并推导其相应的积分弱形式,引入Shepard基函数的移动最小二乘法建立形函数,进而推导二维平面问题的离散方程.第三个方向上采用有限元法将这些二维离散方程进行耦合,可以得到原三维弹性力学问题的快速耦合方法数值解的求解公式.通过数值算例验证了本文快速耦合方法求解三维弹性力学问题的收敛性,将数值解与解析解对比,说明了本文方法求解三维弹性力学问题的有效性.