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Fifth-Order A-WENO Schemes Based on the Adaptive Diffusion Central-Upwind Rankine-Hugoniot Fluxes
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作者 Bao-Shan Wang Wai Sun Don +1 位作者 Alexander Kurganov Yongle Liu 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2023年第1期295-314,共20页
We construct new fifth-order alternative WENO(A-WENO)schemes for the Euler equations of gas dynamics.The new scheme is based on a new adaptive diffusion centralupwind Rankine-Hugoniot(CURH)numerical flux.The CURH nume... We construct new fifth-order alternative WENO(A-WENO)schemes for the Euler equations of gas dynamics.The new scheme is based on a new adaptive diffusion centralupwind Rankine-Hugoniot(CURH)numerical flux.The CURH numerical fluxes have been recently proposed in[Garg et al.J Comput Phys 428,2021]in the context of secondorder semi-discrete finite-volume methods.The proposed adaptive diffusion CURH flux contains a smaller amount of numerical dissipation compared with the adaptive diffusion central numerical flux,which was also developed with the help of the discrete RankineHugoniot conditions and used in the fifth-order A-WENO scheme recently introduced in[Wang et al.SIAM J Sci Comput 42,2020].As in that work,we here use the fifth-order characteristic-wise WENO-Z interpolations to evaluate the fifth-order point values required by the numerical fluxes.The resulting one-and two-dimensional schemes are tested on a number of numerical examples,which clearly demonstrate that the new schemes outperform the existing fifth-order A-WENO schemes without compromising the robustness. 展开更多
关键词 A-WENO schemes central-upwind schemes Discrete Rankine-Hugoniot conditions Numerical dissipation switch Local speeds of propagation Euler equations of gas dynamics
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Adaptive Moving Mesh Central-Upwind Schemes for Hyperbolic System of PDEs:Applications to Compressible Euler Equations and Granular Hydrodynamics 被引量:1
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作者 Alexander Kurganov Zhuolin Qu +1 位作者 Olga S.Rozanova Tong Wu 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2021年第3期445-479,共35页
We introduce adaptive moving mesh central-upwind schemes for one-and two-dimensional hyperbolic systems of conservation and balance laws.The proposed methods consist of three steps.First,the solution is evolved by sol... We introduce adaptive moving mesh central-upwind schemes for one-and two-dimensional hyperbolic systems of conservation and balance laws.The proposed methods consist of three steps.First,the solution is evolved by solving the studied system by the second-order semi-discrete central-upwind scheme on either the one-dimensional nonuniform grid or the two-dimensional structured quadrilateral mesh.When the evolution step is complete,the grid points are redistributed according to the moving mesh differential equation.Finally,the evolved solution is projected onto the new mesh in a conservative manner.The resulting adaptive moving mesh methods are applied to the one-and two-dimensional Euler equations of gas dynamics and granular hydrodynamics systems.Our numerical results demonstrate that in both cases,the adaptive moving mesh central-upwind schemes outperform their uniform mesh counterparts. 展开更多
关键词 Adaptive moving mesh methods Finite-volume methods central-upwind schemes Moving mesh differential equations Euler equations of gas dynamics Granular hydrodynamics Singular solutions
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Fifth-Order A-WENO Path-Conservative Central-Upwind Scheme for Behavioral Non-Equilibrium Traffic Models 被引量:1
3
作者 Shaoshuai Chu Alexander Kurganov +1 位作者 Saeed Mohammadian Zuduo Zheng 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2023年第3期692-732,共41页
Non-equilibrium hyperbolic traffic models can be derived as continuum approximations of car-following models and in many cases the resulting continuum models are non-conservative.This leads to numerical difficulties,w... Non-equilibrium hyperbolic traffic models can be derived as continuum approximations of car-following models and in many cases the resulting continuum models are non-conservative.This leads to numerical difficulties,which seem to have discouraged further development of complex behavioral continuum models,which is a significant research need.In this paper,we develop a robust numerical scheme that solves hyperbolic traffic flow models based on their non-conservative form.We develop a fifth-order alternative weighted essentially non-oscillatory(A-WENO)finite-difference scheme based on the path-conservative central-upwind(PCCU)method for several non-equilibrium traffic flow models.In order to treat the non-conservative product terms,we use a path-conservative technique.To this end,we first apply the recently proposed secondorder finite-volume PCCU scheme to the traffic flow models,and then extend this scheme to the fifth-order of accuracy via the finite-difference A-WENO framework.The designed schemes are applied to three different traffic flow models and tested on a number of challenging numerical examples.Both schemes produce quite accurate results though the resolution achieved by the fifth-order A-WENO scheme is higher.The proposed scheme in this paper sets the stage for developing more robust and complex continuum traffic flow models with respect to human psychological factors. 展开更多
关键词 Finite-difference A-WENO schemes finite-volume central-upwind schemes pathconservative central-upwind schemes non-oscillatory schemes continuum traffic flow model driver behavior.
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Flux Globalization Based Well-Balanced Path-Conservative Central-Upwind Scheme for the Thermal Rotating Shallow Water Equations
4
作者 Yangyang Cao Alexander Kurganov Yongle Liu 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2023年第9期993-1042,共50页
We present an extension of the flux globalization based well-balanced pathconservative central-upwind scheme to the one-and two-dimensional thermal rotating shallow water equations.The scheme is well-balanced in the s... We present an extension of the flux globalization based well-balanced pathconservative central-upwind scheme to the one-and two-dimensional thermal rotating shallow water equations.The scheme is well-balanced in the sense that it can exactly preserve a variety of physically relevant steady states.In the one-dimensional case,it can preserve different“lake-at-rest”equilibria,thermo-geostrophic equilibria,as well as general moving-water steady states.In the two-dimensional case,preserving general moving-water steady states is difficult,and to the best of our knowledge,none of existing schemes can achieve this ultimate goal.The proposed scheme can exactly preserve the x-and y-directional jets in the rotational frame as well as certain genuinely two-dimensional equilibria.Furthermore,our approach employs a path-conservative technique for discretizing nonconservative product terms,which are incorporated into the global fluxes.This allows the developed scheme to exactly preserve some of the discontinuous steady states as well.We provide a number of numerical examples to demonstrate the advantages of the proposed scheme over some alternative finitevolume methods. 展开更多
关键词 Thermal rotating shallow water equations well-balanced schemes flux globalization path-conservative central-upwind schemes
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On the Reduction of Numerical Dissipation in Central-Upwind Schemes 被引量:3
5
作者 Alexander Kurganov Chi-Tien Lin 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2007年第1期141-163,共23页
We study central-upwind schemes for systems of hyperbolic conservation laws,recently introduced in[13].Similarly to staggered non-oscillatory central schemes,these schemes are central Godunov-type projection-evolution... We study central-upwind schemes for systems of hyperbolic conservation laws,recently introduced in[13].Similarly to staggered non-oscillatory central schemes,these schemes are central Godunov-type projection-evolution methods that enjoy the advantages of high resolution,simplicity,universality and robustness.At the same time,the central-upwind framework allows one to decrease a relatively large amount of numerical dissipation present at the staggered central schemes.In this paper,we present a modification of the one-dimensional fully-and semi-discrete central-upwind schemes,in which the numerical dissipation is reduced even further.The goal is achieved by a more accurate projection of the evolved quantities onto the original grid.In the semi-discrete case,the reduction of dissipation procedure leads to a new,less dissipative numerical flux.We also extend the new semi-discrete scheme to the twodimensional case via the rigorous,genuinely multidimensional derivation.The new semi-discrete schemes are tested on a number of numerical examples,where one can observe an improved resolution,especially of the contact waves. 展开更多
关键词 Hyperbolic systems of conservation laws Godunov-type finite-volume methods central-upwind schemes numerical dissipation.
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Modifying and Reducing Numerical Dissipation in A Two-Dimensional Central-Upwind Scheme
6
作者 Chi-Jer Yu Chii-Tung Liu 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2012年第3期340-353,共14页
This study presents a modification of the central-upwind Kurganov scheme for approximating the solution of the 2D Euler equation.The prototype,extended from a 1D model,reduces substantially less dissipation than expec... This study presents a modification of the central-upwind Kurganov scheme for approximating the solution of the 2D Euler equation.The prototype,extended from a 1D model,reduces substantially less dissipation than expected.The problem arises from over-restriction of some slope limiters,which keep slopes between interfaces of cells to be Total-Variation-Diminishing.This study reports the defect and presents a re-derived optimal formula.Numerical experiments highlight the significance of this formula,especially in long-time,large-scale simulations. 展开更多
关键词 Hyperbolic systems of conservation laws Godunov-type finite-volume methods central-upwind scheme Kurganov numerical dissipation anti-diffusion
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具有守恒特性的二维溃坝洪水演进数值模型 被引量:16
7
作者 吴钢锋 贺治国 刘国华 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期683-691,共9页
基于结构网格,采用有限体积法建立了二维水动力学模型,模拟溃坝洪水在复杂实际地形条件下的流动过程。该模型采用中心迎风格式求解界面通量,并结合对界面变量的线性重构,使其具有空间上的二阶精度。分别采用中心差分方法和半隐式方法对... 基于结构网格,采用有限体积法建立了二维水动力学模型,模拟溃坝洪水在复杂实际地形条件下的流动过程。该模型采用中心迎风格式求解界面通量,并结合对界面变量的线性重构,使其具有空间上的二阶精度。分别采用中心差分方法和半隐式方法对底床坡度项和摩擦阻力项进行离散,保证了模型的和谐性和稳定性。对于复杂地形条件下溃坝洪水的模拟,负水深的产生是影响模型稳定的关键因素。当库朗特数小于0.25时,模型能够保证任何时刻的计算水深都是非负的,而无需对负水深单元进行特殊处理。因此,相比于现有的大部分溃坝洪水模型,该模型具有更强的鲁棒性和稳定性。 展开更多
关键词 溃坝 结构网格 二维浅水方程 有限体积法 中心迎风格式 数值和谐性
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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型 被引量:7
8
作者 房克照 尹晶 +1 位作者 孙家文 焦子峰 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期96-105,共10页
基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,... 基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,保证了格式的和谐性、守恒性和水深非负性,有效处理了海岸动边界问题。时间积分采用具有强稳定性质的二阶龙格-库塔方法 (ssp RK)。针对滑坡体兴波经典算例开展数值模拟,将计算结果与解析解、实验结果及其他模型计算结果进行比较和分析。结果表明,对于所考虑的计算工况,模型能较合理地模拟滑坡兴波的产生、传播和爬高过程。 展开更多
关键词 滑坡体兴波 非线性浅水方程 有限体积方法 中心迎风格式
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基于守恒稳定格式的二维坡面降雨动力波洪水模型 被引量:6
9
作者 吴钢锋 贺治国 刘国华 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期514-520,共7页
基于结构网格,采用有限体积法建立二维动力波洪水模型,用于模拟坡面地形条件下降雨洪水的运动规律.该模型在连续方程的源项中分别添加了降雨项和下渗项,其中土壤的下渗强度采用Green-Ampt入渗模型来计算.该模型采用中心迎风格式计算界... 基于结构网格,采用有限体积法建立二维动力波洪水模型,用于模拟坡面地形条件下降雨洪水的运动规律.该模型在连续方程的源项中分别添加了降雨项和下渗项,其中土壤的下渗强度采用Green-Ampt入渗模型来计算.该模型采用中心迎风格式计算界面通量,并通过对界面两侧变量的线性重构,使得该模型具有空间上的二阶精度.为了保证模型的稳定性,采用半隐式的方法对底床摩擦项进行离散,同时利用中心差分方法对底床坡度项进行离散来保证数值格式的和谐性.对于坡面降雨洪水的模拟,负水深的产生是影响模型稳定的关键因素.本模型在库朗特数小于0.25时,能够保证任何时刻的计算水深都是非负的,而无须在计算过程中采用重新分配水深的方法来处理负水深,因此,相比于现有的大部分模型,该模型具有更强的鲁棒性和稳定性.采用该模型分别对2个非规则坡面地形条件下降雨产流实验进行模拟,计算结果与实测值吻合较好,表明该模型能够较准确地模拟复杂地形条件下坡面降雨洪水的运动规律以及土壤的下渗特性. 展开更多
关键词 动力波洪水模型 有限体积法 中心迎风格式 线性重构 GREEN-AMPT入渗模型 坡面洪水
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双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式 被引量:4
10
作者 胡彦梅 陈建忠 封建湖 《计算物理》 CSCD 北大核心 2008年第1期29-35,共7页
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... 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. 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风差分格式 半离散 中心WENO重构
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求解对流扩散方程的低耗散中心迎风格式 被引量:4
11
作者 程晓晗 封建湖 郑素佩 《应用数学》 CSCD 北大核心 2017年第2期344-349,共6页
以四阶CWENO重构为基础,通过将对流项采用低耗散中心迎风格式离散,扩散项采用四阶中心差分格式离散,对得到的半离散格式采用四阶龙格库塔方法在时间方向上推进,得到一种求解对流扩散方程的高阶有限差分格式.数值结果验证了该格式的四阶... 以四阶CWENO重构为基础,通过将对流项采用低耗散中心迎风格式离散,扩散项采用四阶中心差分格式离散,对得到的半离散格式采用四阶龙格库塔方法在时间方向上推进,得到一种求解对流扩散方程的高阶有限差分格式.数值结果验证了该格式的四阶精度和基本无振荡特性. 展开更多
关键词 对流扩散方程 低耗散中心迎风格式 CWENO重构
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多车种LWR交通流模型的半离散中心迎风格式 被引量:2
12
作者 胡彦梅 封建湖 陈建忠 《计算物理》 CSCD 北大核心 2014年第3期323-330,共8页
对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通... 对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通过数值算例验证了格式的有效性. 展开更多
关键词 多车种 LWR交通流模型 半离散中心迎风格式 WENO-Z重构
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求解无粘可压Euler方程组的虚拟流方法 被引量:1
13
作者 封建湖 蔡力 +1 位作者 谢文贤 王振海 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期496-501,共6页
首先将三阶Godunov型半离散中心迎风格式推广到四阶,之后再将该新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法结合起来,成功地处理了非反应激波问题和多介质流中的爆轰间断问题。由于Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置... 首先将三阶Godunov型半离散中心迎风格式推广到四阶,之后再将该新的四阶半离散中心迎风格式与Level Set方法以及虚拟流方法结合起来,成功地处理了非反应激波问题和多介质流中的爆轰间断问题。由于Level Set函数能隐式地追踪到界面的位置,而虚拟流的构造能隐式地捕捉到界面的边界条件,故而本文的方法可以很自然地推广到多维情况。 展开更多
关键词 半离散中心迎风格式 LEVEL SET方法 虚拟流方法
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运用半离散中心迎风格式计算二维浅水方程的研究 被引量:2
14
作者 陈建忠 史忠科 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期853-857,共5页
以三阶中心加权本质无振荡重构为基础,采用一维一维进行计算的方法,给出了求解二维浅水方程的高分辨率三阶半离散中心迎风格式。引入的重构方法既提高了格式的精度,又保证格式是无振荡的。时间的离散用最优的三阶SSP(Strong Stability P... 以三阶中心加权本质无振荡重构为基础,采用一维一维进行计算的方法,给出了求解二维浅水方程的高分辨率三阶半离散中心迎风格式。引入的重构方法既提高了格式的精度,又保证格式是无振荡的。时间的离散用最优的三阶SSP(Strong Stability Preserving)Runge-Kutta方法。源项的离散用辛普森公式。计算方法保持了中心差分格式简单的优点,即不需用黎曼解算器和进行特征分解过程。数值模拟结果与其它方法所得结果一致,表明了方法的有效性和稳定性。 展开更多
关键词 二维浅水方程 中心迎风格式 重构 半离散
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求解浅水波方程的半离散中心迎风方法 被引量:2
15
作者 刘彩侠 封建湖 曹志杰 《昆明理工大学学报(理工版)》 2005年第3期127-130,共4页
提出了一种新的求解浅水波方程黎曼问题的半离散中心迎风差分方法.该方法以求解双曲守恒律方程的半离散中心迎风方法为基础,将其应用到Jin’s的界面方法中.对于源项,不是采用传统的单元均值,而是采用单元界面处的值来近似,使所得格式对... 提出了一种新的求解浅水波方程黎曼问题的半离散中心迎风差分方法.该方法以求解双曲守恒律方程的半离散中心迎风方法为基础,将其应用到Jin’s的界面方法中.对于源项,不是采用传统的单元均值,而是采用单元界面处的值来近似,使所得格式对稳定态的求解是均衡的.且已证明所给的二阶精度的求解格式保持水深的非负性,这一特性使其能够较好地处理干河床问题. 展开更多
关键词 浅水波方程 中心迎风 CWENO 半离散
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双曲型守恒律的一种三阶半离散中心迎风格式 被引量:2
16
作者 陈建忠 史忠科 《计算物理》 CSCD 北大核心 2006年第3期273-280,共8页
对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge_Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,... 对一维双曲型守恒律,给出了一种具有较小数值耗散的三阶半离散中心迎风格式.该格式以Liu和Tadmor提出的三阶无振荡重构为基础,同时考虑了波传播的单侧局部速度.时间离散用保持强稳定性的三阶Runge_Kutta方法.由于不需用Riemann解算器,避免了特征分解过程,保持了中心格式简单的优点.数值算例验证本方法可进一步减小数值耗散,提高分辨率. 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风格式 重构 数值耗散
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一种基于WENO重构的半离散中心迎风格式 被引量:1
17
作者 胡彦梅 陈建忠 封建湖 《动力学与控制学报》 2005年第2期54-59,共6页
通过三阶WENO重构和半离散中心迎风数值通量的结合,给出了一种求解双曲型守恒律方程的三阶半离散中心迎风格式.格式保持了中心差分格式方法简单的优点.数值计算的结果表明该方法具有较高的分辨率.
关键词 迎风格式 半离散 重构 双曲型守恒律方程 中心差分格式 数值计算 分辨率 三阶 求解
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求解双曲型守恒律的半离散三阶中心迎风格式 被引量:1
18
作者 陈建忠 史忠科 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期157-162,共6页
给出了求解一维双曲型守恒律的一种半离散三阶中心迎风格式,并利用逐维进行计算的方法将格式推广到二维守恒律。构造格式时利用了波传播的单侧局部速度,三阶重构方法的引入保证了格式的精度。时间方向的离散采用三阶TVD R unge-K u tta... 给出了求解一维双曲型守恒律的一种半离散三阶中心迎风格式,并利用逐维进行计算的方法将格式推广到二维守恒律。构造格式时利用了波传播的单侧局部速度,三阶重构方法的引入保证了格式的精度。时间方向的离散采用三阶TVD R unge-K u tta方法。本文格式保持了中心差分格式简单的优点,即不需用R iem ann解算器,避免了进行特征分解过程。用该格式对一维和二维守恒律进行了大量的数值试验,结果表明本文格式是高精度、高分辨率的。 展开更多
关键词 双曲型守恒律 中心迎风格式 半离散 重构
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一种低耗散、无伪振荡的实用差分格式 被引量:2
19
作者 姚朝晖 张锡文 +1 位作者 任玉新 王学芳 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2001年第2期195-199,共5页
探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题。本文在分析 SOUCU P格式的基础上 ,将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了 WSUC格式。分析表明 ,WSUC格式具有整体二阶空间精度 ,且半离散 WSUC格式具有总变... 探寻一种优化的差分格式一直是计算流体力学与计算传热学中的热门课题。本文在分析 SOUCU P格式的基础上 ,将二阶迎风格式和中心差分格式进行加权得到了 WSUC格式。分析表明 ,WSUC格式具有整体二阶空间精度 ,且半离散 WSUC格式具有总变差有界性 ,因而格式可以抑制伪振荡 ;另外还证明了 WSUC格式是无条件对流稳定的。两个典型算例的结果表明 :WSUC格式的数值解的精度较 SOUCUP格式有了显著的提高 ,而计算量没有明显增加。 展开更多
关键词 低耗散 无伪振荡 对流稳定性 WSUC差分格式
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基于五阶CWENO重构的中心迎风格式 被引量:1
20
作者 程晓晗 封建湖 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期13-16,共4页
提出一种五阶CWENO重构,将其与中心迎风数值通量相结合,得到一种求解双曲型守恒律方程的五阶中心迎风格式。该格式构造简单,无需Riemann求解器,易于编程实现。运用该格式求解标量守恒律方程和Euler方程组,数值结果表明,该格式具有五阶精... 提出一种五阶CWENO重构,将其与中心迎风数值通量相结合,得到一种求解双曲型守恒律方程的五阶中心迎风格式。该格式构造简单,无需Riemann求解器,易于编程实现。运用该格式求解标量守恒律方程和Euler方程组,数值结果表明,该格式具有五阶精度,分辨率高,能准确计算出解的各种复杂结构。 展开更多
关键词 五阶CWENO重构 中心迎风格式 双曲型守恒律
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