带色散的四阶抛物型方程的紧致差分格式

本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散,对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解,得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式,并用傅里叶方法证明了该格式的无条件稳定性。数值实验中给出三种类型的算例,并将本研究格式与Crank-Nicolson格式进行数值比较,证明了本研究格式的有效性。结果表明,本研究格式对求解带色散的四阶抛物型方程具有很好的实用性。

迎风型组合紧致差分的二维地震波场数值模拟

声波方程方面的数值模拟正是地震正演模拟的一种,而地震正演模拟对于研究地震波传播性质来说有着相当重要的地位。传统的有限差分方法如果要达到一个较高的精度其所需的网格数会较多,而紧致格式的出现刚好弥补了这一缺陷。迎风型组合紧致差分格式是在组合型紧致差分格式的基础上引入了迎风机制,该差分格式不仅具有组合型紧致差分格式的高分辨率、高频散、低网格数的优势,而且在稳定性及粘性分辨率上更吸收了迎风格式的优点。首次将迎风型组合紧致差分格式用于声波方程的数值模拟中。根据泰勒级数展开和声波方程,建立了位移场时间四阶离散格式,并将该差分格式用于位移场空间导数的求取,然后对该差分格式进行了精度分析、误差分析、频散分析和稳定性分析,以及在均匀介质及层状介质中进行正演模拟,效果理想。

浅水方程组合型超紧致差分格式

提出一族组合型超紧致差分格式(CSCD),对CSCD的数值特性作了分析,并同其他中心型差分格式进行比较。从定性角度,得出同阶中心差分格式中,CSCD格式的截断误差系数最小的结论。从定量角度,利用Fou-rier分析方法分析了CSCD格式的分辨率,并同其他中心型差分格式比较,得出CSCD格式有较高的分辨率的结论。把10阶CSCD格式应用于KdV-Burgers方程和浅水方程的数值模拟,给出两个应用算例。数值实验表明CSCD格式不仅有理论上的高精度,而且有良好的稳定性和收敛性。

1维非定常对流扩散方程的有理型高阶紧致差分格式

针对1维非定常对流扩散方程,首先建立了1种2层有理型高阶紧致差分格式,其局部截断误差为O(h4+τ2).然后采用von Neumann分析方法证明了该格式是无条件稳定的.由于在每个时间层上只涉及到3个网格点,因此可直接采用追赶法求解此差分方程.最后通过3个数值算例验证了方法的精确性和可靠性.数值结果表明:所述格式不仅能够适用于非定常对流扩散问题,而且能够较好地求解非定常纯对流问题或纯扩散问题,并且其计算效果均优于Crank-Nicolson(C-N)格式和指数型高阶紧致(EHOC)差分格式.

数值求解Navier-Stokes方程的迎风紧致差分格式

从迎风紧致逼近 [1] 出发 ,提出数值求解可压 Navier- Stokes方程的一种高精度的数值方法。利用 Steger- Warming的通量分裂技术 [2 ]将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分 ,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的三阶迎风紧致有限差分格式。对方程中的粘性部分采用通常的二阶差分逼近。所建立的差分格式被用来数值求解了三维粘性绕流问题。

二维变系数非齐次抛物型方程的紧交替方向差分格式

研究了二维变系数非齐次抛物型方程的紧交替方向隐式差分格式,首先运用算子方法导出了紧差分格式,给出了差分格式的截断误差,接着讨论了差分格式的稳定性和收敛性,最后给出了数值例子,数值结果和理论分析是吻合的。

三维飞船绕流问题的高精度迎风紧致差分格式

从迎风紧致逼近出发，给出了一个求解二维可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的一种高精度的数值方法. 利用Ｓｔｅｇｅｒ－Ｗａｒｍｉｎｇ的通量分裂技术将守恒型方程小的流通向量分裂成２部分，在此基础上据风向构造逼近于无粘项的三阶迎风紧致有限差分格式．对方程中的粘性部分采用通常的二阶差分逼近．所建立的差分格式被用来数值求解了三维飞船绕流问题．

一种求解KdV-Burgers方程的迎风超紧致差分格式

提出了一种迎风超紧致差分格式(USCD),利用Fourier分析方法对该格式的数值特性进行了分析,并与其他的迎风差分格式和迎风紧致差分格式做了对比.结果反映出USCD具有更好的分辨率和更低的耗散.通过对Burgers方程和KdV-Burgers方程的数值模分析,进一步证实了USCD格式有更高的精度和对长时间演化问题的有效性.

一类二维抛物型方程的紧交替方向差分格式

针对一类二维抛物型方程,建立了紧交替方向隐式差分格式,利用von Newmann方法分析其稳定性,并给出了截断误差阶估计.比较以往算法,此格式具有精度高,无条件稳定等优点.

高精度迎风紧致差分格式与热流计算研究的注记

利用高精度差分格式求解了可压缩 N-S方程球头热流问题。分析了不同差分格式在对球头粘性绕流热流计算中存在的问题 ,并分析了相应的网格雷诺数。在利用高精度迎风紧致 [1 ] 格式求解粘性绕流热流问题时 ,采用 Steger-Warming[2 ]的通量分裂技术将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分 ,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的高精度迎风格式。对方程中的粘性部分采用中心差分格式。数值结果表明

求解Navier-Stokes方程组的组合紧致迎风格式

给出一种新的至少有四阶精度的组合紧致迎风(CCU)格式,该格式有较高的逼近解率,利用该组合迎风格式,提出一种新的适合于在交错网格系统下求解Navier-Stokes方程组的高精度紧致差分投影算法.用组合紧致迎风格式离散对流项,粘性项、压力梯度项以及压力Poisson方程均采用四阶对称型紧致差分格式逼近,算法的整体精度不低于四阶.通过对Taylor涡列、对流占优扩散问题和双周期双剪切层流动问题的计算表明,该算法适合于对复杂流体流动问题的数值模拟.

双曲方程组的二阶预估-校正型迎风差分格式

对一阶线性双曲方程组，利用一阶迎风差分格式与二阶迎风差分隐格式构造了一种预估－校正型迎风差分格式。此格式具有精度高、稳定性好以及计算简便的特性，数值计算的效果是良好的。

一类TVD型组合差分方法及其在磁流体数值计算中的应用

根据太阳风数值模拟的特点,考虑到算法的质量（收敛速度、稳定性、精度等）,结合磁流体数值计算的特性,对三维球坐标下磁流体动力学（MHD）方程组中的流体部分采用一种修正Lax-Friedrichs差分法而对磁场部分采用MacCormack格式,发展了一类快捷的具有TVD特性的组合数值新方法.作为格式的检验,在一维情况下,将其与PPM格式进行了比较,对一维快慢磁流体激波问题得到了与PPM格式精度相同的结果,然后将其应用到定态太阳风的数值模拟上,在不同等离子体β情形下,可得到理想的太阳风定态结构,为今后将此数值模式应用到具有复杂磁场位型或三维真实太阳风暴的数值模拟研究奠定了基础.

双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式

给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不用求解Riemann问题,避免进行特征分解.用该格式对一维和二维Euler方程进行数值试验,结果表明该格式是高精度、高分辨率的.

求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法

本文给出了一种数值求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法.我们首先将模型方程变形,借助常系数对流扩散方程的指数型高精度紧致差分格式,采用残量修正法得到变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分格式;并从理论上分析了当Pelect数很大时,本文格式达到四阶计算精度时网格步长的限制条件;离散得到的代数方程组可采用追赶法直接求解.数值实验结果与理论分析完全吻合,表明了本文格式对于边界层问题或大梯度变化的物理量求解问题具有的高精度和鲁棒性的优点.

一种通量加权型紧致格式

将通量加权的思想引入到紧致格式中,构造了一个传统方法与紧致格式混合组成的加权型差分格式.利用该格式与二阶TVD格式分别计算了一维方波、组合波问题和一些黎曼问题,如Sod问题和Shu问题,以及一维定常激波问题.计算结果的比较表明加权格式无论在捕捉各种间断,还是在分辨各种复杂波系上,都具有较大的优势,并与精确解非常吻合.

三维齐次边界抛物型方程的新型交替方向差分格式

本文利用算子分解方法推导出了一种求解三维抛物型方程的新型交替方向差分格式,并把这种格式推广到了紧交替方向差分格式。该格式简化了对过渡层边界的处理,降低了扰动项对计算精度的影响,具有无条件稳定,计算速度快的优点。具体算例表明本文格式计算效果良好。

求解抛物型方程具较高精度的半显差分格式

本文用组合差商法在乘积型差商空间中对一维抛物型方程初边值问题构造了一个半显差分格式,格式的截断误差为O(τ2+h3),稳定性条件是0<r 1.5.

求解抛物型方程绝对稳定隐式差分格式

本文用组合差商法在乘积型差商空间中对一维抛物型方程初边值问题构造了一个绝对稳定的隐式差分格式,格式的截断误差阶为O(τ2+h4)．

预估—校正型迎风差分格式

本文采用预估－校正的思想，针对一阶线性双曲方程提出了一种预估－校正型迎风差分格式。这种差分格式综合了一阶迎风显格式与二阶迎风隐格式的优点，具有精度高、稳定性好以及计算简便的特性。数值计算表明，这种格式是实用的。