Volterra型积分微分方程Chebyshev谱配置法求解

采用Chebyshev谱配置法求解Volterra型积分微分方程.首先将积分微分方程改写成等价的第二类Volterra积分方程组,再取Clenshaw-Curtis点为配置点,然后利用Clenshaw-Curtis求积法则离散方程中积分项得到配置方程组,最后给出在L∞范数空间下的误差分析,并用数值实例验证理论分析的结果.该方法既有谱精度,程序又易实现.

Allen-Cahn方程的时空谱配置法

Allen-Cahn方程是重要的相场模型,在界面动力学问题研究中得到广泛应用.在时间和空间方向上使用Legendre-Gauss-Lobatto结点构造了Allen-Cahn方程的谱配置格式,并使用不动点选代法求解所得非线性系统。丰富的数值算例验证了新算法的有效性。

Jacobi谱配置法求解带弱奇异核的Volterra积分方程

研究采用Jacobi谱配置法的一般形式求解带有弱奇异核的Volterra积分方程,是对已有文献利用Jacobi谱配置法的特殊情况的延伸推广.利用数值实验对该方法进行仿真模拟,结果表明该方法是稳定收敛的,且具有较快的收敛速度和较高的收敛精度.

任意凸四边形区域上二阶椭圆特征值问题基于高斯点的一种有效的谱配置法

作者提出了任意凸四边形区域上基于高斯点的二阶椭圆特征值问题的一种有效谱配置法.该方法首先利用等参变换将任意凸四边形区域上的函数转化为[-1,1]×[-1,1]上的函数,然后根据边界条件,可根据Legendre多项式的正交性构造一组有效的基函数,将数值解表示为这组基函数的展开组合.再次,通过编程计算出每个基函数在这些高斯点上的节点值,将离散格式推导为一个线性的矩阵特征系统.最后,给出了一些数值算例来表明算法的正确性和有效性,数值结果表明了该方法是有效的和收敛的.

谱配置法研究导热系数为温度函数的对流-辐射肋片的效率

提出采用谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片中的温度分布。在求解过程中,空间微分项采用Chebyshev多项式展开,空间上的温度分布采用谱配置法离散,将原本复杂的微分形式的能量守恒方程转化为矩阵形式的代数方程。能量守恒方程中存在两个非线性项,一项是由导热系数随温度变化而产生的,另一项是由肋片表面热辐射产生的;采用一种局部线性化的方法来降低能量守恒方程的非线性。谱配置法具有指数收敛速度,对于当前算例即使采用很小的计算节点也能获得较好的计算精度,通过谱配置法的计算结果与文献中结果相比较,发现谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片问题是准确、有效的。最后,分析了一些量纲为1的参数,如导热系数变化率、对流-导热耦合参数、辐射-导热耦合参数对肋效率的影响规律。

基于离散坐标的谱配置法对太阳能辐射传输特性的研究

为了更好地研究在大气层中的太阳能辐射传输过程,采用基于离散坐标的配置点谱方法(spectral collocation method based on discrete ordinate,SCMDO)求解与偏振辐射相关的矢量辐射传输方程。对于矢量辐射传输方程,角度方向上采用离散坐标离散,在空间上采用谱配置法离散。采用切比雪夫多项式构建在配置点上的基本函数。为了验证SCMDO对于矢量辐射传输方程求解的准确性和有效性,选取2个代表性算例进行验证,并将该方法计算结果与其他数值方法获得的数值结果进行比较。结果表明:采用SCMDO获得的Stokes参数角度分布与文献中的结果相吻合,且SCMDO具有指数次幂的节点收敛速率。

非线性分数阶微分方程的hp型Legendre谱配置法

研究了求解非线性分数阶微分方程的hp型Legendre谱配置法。首先提出将多分数阶微分方程转化成等价的Volterra积分方程,其次构造了近似求解原方程的数值方法,最后通过数值实验说明了该算法的理论正确性以及所构造数值方法的有效性。

流动线性稳定性分析中切比雪夫谱配置法参数敏感性

针对流动线性稳定性分析中切比雪夫谱配置法对求解参数具有较高敏感性的问题,利用该方法求解关于布拉修斯速度分布的二维平行流稳定性方程,研究了配置点数目、截断距离、坐标变换方式及边界条件施加方式对获得的模态特征值影响规律.结果表明,减小配置点数目和截断距离分别降低特征向量拟合精度和半无界远场边界条件模拟准确性,而过大的配置点数目和截断距离则使模态特征值易受舍入误差影响而发生偏差;在所有模态特征值中,SP族及与A族相交处最易受配置点数目和截断距离影响;当截断距离较大时,指数坐标变换方式计算结果优于代数坐标变换结果,当截断距离较小时结论相反;边界条件的施加方式对模态特征值影响不大,采取返还矩阵法施加方式获得的方程算子矩阵最稳定.

KdV方程的Chebyshev-Hermite谱配置法

针对无界区域上Korteweg.-de Vries(KdV)方程构造了时空全离散的ChebyshevHermite谱配置格式,即在空间方向上采用Hermite谱配置方法离散,时间方向上采用Chebyshev谱配置方法离散.提出了一个简单迭代算法,该算法非常适合并行计算.数值结果显示了此算法的有效性.

谱配置法求解常微分方程初值问题的超收敛性

研究了常微分方程初值问题的谱配置方法.针对一阶和二阶线性常微分方程初值问题,基于Legendre-Gauss点提出了相应的谱配置方法,并给出了具体的计算格式.最后,通过一些数值算例探讨了所提Legendre-Gauss谱配置方法的超收敛性.

二维弱奇异Volterra型积分方程的谱配置法

研究了二维线性弱奇异Volterra型积分方程的谱配置法,在方程解充分光滑的情形下,对所提出的谱方法进行了收敛性分析.给出的数值例子表明,谱配置法在L∞范数和带权L2范数意义下均具有指数收敛性.

泊松方程第一边值问题的谱配置方法

以Legendre-Gauss-Lobatto节点为配置点,利用Legendre多项式建立谱配置格式求解具有第一边值问题的泊松方程,给出算法格式,通过数值运算表明算法格式的有效性和高精度。

时间分数阶Fokker-Planck方程的Jacobi谱配置方法

分数阶微分方程在工程、生物、金融等领域有广泛的应用.本文利用分数阶积分和微分公式的关系,针对一类带Dirichlet边值条件的时间分数阶Fokker-Planck方程,将其转化为与之等价的带有奇异核的积分微分方程,然后用高斯积分公式数值求解积分项,在时间和空间上都采用Jacobi谱配置法来离散求解积分微分方程.数值算例的结果表明,该方法是非常有效的,数值解具有谱精度,并且该方法容易推广到高维和非线性的情形.

Burgers方程的时空Legendre谱配置方法

利用Legendre-Gauss-Lobatto节点为配置点,构造Burgers方程初边值问题的时空Legendre谱配置格式。即在时间和空间方向都用Lagrange插值多项式将其化为非线性方程组,数值实验证明了所提算法格式的有效性和高精度。

谱配置点法和Lobatto ⅢA方法求解一维热传导方程

提出一个求解一维热传导方程的新方法。使用Chebyshev Gauss Lobatto节点和配点公式计算谱差分矩阵,用六阶A稳定Lobatto ⅢA方法求解常微分方程组。首先采用谱配置点法对一维热传导方程进行空间离散,得到一个常微分方程组,然后使用Lobatto ⅢA方法求解常微分方程组。对数值解和精确解比较,数值结果证实该方法有很高的精度和稳定性。

Caputo型分数阶多点值问题的谱配置法

我们考察了Caputo型分数阶多点值问题的谱配置法.主要思路是求解由目标问题转换而来的非线性弱奇性Volterra-Fredholm型积分方程.出于考察算法收敛性的需要,我们研究了Volterra-Fredholm型Gronwall不等式.收敛性分析结果表明,算法具有谱收敛性质.数值实验结果也验证了此理论分析结果.目前关于分数阶多点值问题数值方法的研究比较少见.本文的方法及相应的收敛性分析能为相关课题的研究提供有益的参考.

求解一类分数阶随机积分微分方程的谱配置方法

结合高斯-勒让德求积公式和谱配置方法的思想,建立了一个求解一类分数阶随机积分微分方程的数值算法。数值算例表明,我们构造的数值格式较好的逼近参考解。

奇异摄动反应扩散方程的自适应差分进化算法

讨论了奇异摄动反应扩散方程的重心有理谱配置法。首先将Chebyshev配置点进行sinh变换,使更多的配置点聚集在两端边界层处。然后,为了进一步计算出边界层的宽度,构造了一个以绝对误差最小为目标函数的无约束非线性优化问题,并给出了该优化问题的自适应差分进化算法。数值实验表明,自适应差分进化算法对sinh变化的参数优化方面具有显著的优势。

一类非线性Klein-Gordon方程的数值解

本文主要研究了一类非线性Klein-Gordon方程.利用Fourier谱方法对一类非线性Klein-Gordon方程的求解,给出了求解的离散过程,并通过了数值模拟与文献结果进行了对比.结果表明这种方法对于求解此类非线性Klein-Gordon方程具有很好的效果.

旋拧射流的线性稳定性研究

用Chebyshev谱配置法求解柱坐标下线化不可压缩Navier Stokes方程 ,分析喷管出口附近粘性旋拧射流的线性稳定性 .为了研究离心不稳定对线性增长率的影响 ,本研究中基本流的周向速度可以是离心稳定的 ,也可以是离心不稳定的 .结果表明在一定参数下旋拧能增强扰动的线性增长率 ,且对于离心不稳定的剖面增长率升高更大 .对于离心稳定的速度型 ,有旋拧时轴对称模态的增长率轻微下降 ,而负周向波数扰动的增长率明显上升 ;对于离心不稳定的速度型 ,可以观察到优势模态由低波数时的Kelvin Helmholtz(K H)不稳定波转换到高波数时的离心不稳定波 .