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复杂外形下网格自动生成及流场计算新框架
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作者 徐春光 欧阳鑫 +1 位作者 陈洁 刘君 《气体物理》 2024年第6期46-61,共16页
针对计算流体力学工程应用中复杂外形下贴体网格难以全自动生成的问题,介绍了一种全新的自动化网格生成及计算新框架。新框架包括网格线允许交错的贴体网格生成、计算模板自由选点的差分计算和差分计算中坐标变换几何诱导误差消除等3个... 针对计算流体力学工程应用中复杂外形下贴体网格难以全自动生成的问题,介绍了一种全新的自动化网格生成及计算新框架。新框架包括网格线允许交错的贴体网格生成、计算模板自由选点的差分计算和差分计算中坐标变换几何诱导误差消除等3个算法模块,实现从物面水密网格导入到流场计算结果输出的全流程自动化处理。网格生成算法从物面点矢量出发,根据给定的贴体网格层高、增长倍率、层数等参数一次性生成贴体网格,删除重叠部分网格,并重构出自由节点有限差分法计算需要的计算模板;自由节点有限差分法利用重构的计算模板,完成流场参数的差分求解;坐标变换几何诱导误差消除算法用于消除差分计算中从物理平面变换到计算平面时引入的几何诱导误差,实现保自由流,提高计算精度。验证结果表明,新框架在复杂外形下能够自动生成网格,显著提高了网格生成效率,同时计算精度与常规方法计算精度相当,具备工程实用价值。 展开更多
关键词 自动化CFD Descartes网格 自由节点有限差分法 贴体网格 簇状网格 离散等价方程及其离散法则
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ON DISCRETE ENERGY DISSIPATION OF MAXWELL’S EQUATIONS IN A COLE-COLE DISPERSIVE MEDIUM
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作者 Baoli Yin Yang Liu +1 位作者 Hong Li Zhimin Zhang 《Journal of Computational Mathematics》 SCIE CSCD 2023年第5期980-1002,共23页
A simple criterion is studied for the first time for identifying the discrete energy dissipation of the Crank-Nicolson scheme for Maxwell’s equations in a Cole-Cole dispersive medium.Several numerical formulas that a... A simple criterion is studied for the first time for identifying the discrete energy dissipation of the Crank-Nicolson scheme for Maxwell’s equations in a Cole-Cole dispersive medium.Several numerical formulas that approximate the time fractional derivatives are investigated based on this criterion,including the L1 formula,the fractional BDF-2,and the shifted fractional trapezoidal rule(SFTR).Detailed error analysis is provided within the framework of time domain mixed finite element methods for smooth solutions.The convergence results and discrete energy dissipation law are confirmed by numerical tests.For nonsmooth solutions,the method SFTR can still maintain the optimal convergence order at a positive time on uniform meshes.Authors believe this is the first appearance that a second-order time-stepping method can restore the optimal convergence rate for Maxwell’s equations in a Cole-Cole dispersive medium regardless of the initial singularity of the solution. 展开更多
关键词 discrete energy dissipation Crank-Nicolson scheme Maxwell’s equations Shifted fractional trapezoidal rule Mixed finite element methods
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有限差分法中几何守恒律的机理及算法 被引量:15
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作者 刘君 韩芳 夏冰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期917-926,共10页
采用有限差分法求解复杂外形物体绕流场时经常进行坐标变换,由此会引入坐标变换系数等几何参数,采用不同的差分格式离散坐标变换系数得到的结果不同,导致在计算过程中可能出现均匀流场不能保持均匀的现象,消除这种误差需要研究几何守恒... 采用有限差分法求解复杂外形物体绕流场时经常进行坐标变换,由此会引入坐标变换系数等几何参数,采用不同的差分格式离散坐标变换系数得到的结果不同,导致在计算过程中可能出现均匀流场不能保持均匀的现象,消除这种误差需要研究几何守恒律。本文对坐标变换过程进行理论分析,发现坐标变换过程中采用的数学恒等式在离散条件下不再成立,这是引起物理量不守恒的本质机理,认为增加坐标变换系数恒等式作为源项的方程形式才是曲线贴体坐标系下的离散等价方程,提出只要源项和对流项的离散格式相同就能满足几何守恒律的构造准则。按照上述理论准则建立了基于离散等价方程的几何守恒律算法,通过AUSM、HLLC、Roe、VanLeer四种分裂格式的算例,表明这种新的几何守恒律算法适用于通量差分裂格式(Flux-Difference Splitting,FDS)和矢通量分裂格式(Flux-Vector Splitting,FVS),且均能消除由坐标变换(包括网格运动)引起的误差,保持流场的均匀特性。 展开更多
关键词 几何守恒律 有限差分法 贴体坐标系 离散近似方程 离散等价方程 源项耦合算法
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有限差分法中的贴体坐标变换 被引量:9
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作者 刘君 韩芳 《气体物理》 2018年第5期18-29,共12页
分析了有限差分法曲线贴体坐标系下守恒型控制方程的推导过程,认为在离散条件下所采用的数学恒等式不成立,推断目前CFD广泛采用的齐次方程是原始Descartes直角坐标系下方程的近似,提出增加源项的非齐次方程作为离散等价方程.采用数值实... 分析了有限差分法曲线贴体坐标系下守恒型控制方程的推导过程,认为在离散条件下所采用的数学恒等式不成立,推断目前CFD广泛采用的齐次方程是原始Descartes直角坐标系下方程的近似,提出增加源项的非齐次方程作为离散等价方程.采用数值实验研究了源项,结论是大部分情况下源项不等于0,且对数值解的影响大于差分格式的截断误差,在分析了引起源项非0的原因和推导过程后,提出源项离散的相容性准则.利用坐标变换系数和守恒型方程对流通量的特性,建立了源项隐式计算的耦合算法,通过数值实验证明耦合算法有效消除了坐标变换引起的误差. 展开更多
关键词 有限差分法 贴体坐标系 离散近似方程 离散等价方程 源项耦合算法
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离散的修正海森堡铁磁链方程的研究
5
作者 田野 张峰 格日措毛 《河北大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2011年第3期244-248,共5页
对于离散的修正海森堡铁磁链方程,相关研究表明若将其自旋矢量用闵可夫斯基空间中的离散曲线的单位矢量代替,则可给出与其几何等价的可积微分-差分方程.通过规范变换具体证明了相关的离散修正海森堡铁磁链方程与其几何等价的可积微分-... 对于离散的修正海森堡铁磁链方程,相关研究表明若将其自旋矢量用闵可夫斯基空间中的离散曲线的单位矢量代替,则可给出与其几何等价的可积微分-差分方程.通过规范变换具体证明了相关的离散修正海森堡铁磁链方程与其几何等价的可积微分-差分方程之间具有规范等价性关系. 展开更多
关键词 离散可积方程 离散的修正海森堡铁磁链方程 规范等价性
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创意平板折叠桌的数学原理及其应用
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作者 卢鹏 李涛 +1 位作者 张兴元 徐昌贵 《云南民族大学学报(自然科学版)》 CAS 2015年第4期294-299,336,共7页
采用连续和离散的方式,建立了以直纹曲面方程的连续型变化模型和以几何知识切入的离散化动态模型,通过交线投影的方法,利用几何关系对开槽长度和桌脚边缘线进行数学描述,并对2种方法的结果进行了分析.
关键词 创意折叠桌 直纹曲面 动态变化 连续与离散
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Volterra型离散系统的拟实用稳定性
7
作者 胡刚 《广东工业大学学报》 CAS 1994年第4期56-61,共6页
在考虑Volterra到离散系统的过程中,我们引入了拟实用稳定性等概念,并利用差分方程的等价性,获得了线性和非线性Volterra型离散系统拟实用稳定的一些简明判据。
关键词 离散系统 拟实用稳定 差分方程 等价性
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基于离散等价方程的滑移壁面边界约束算法
8
作者 魏雁昕 刘君 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期1-15,共15页
针对有限差分法的弯曲滑移壁面边界求解,以可以消除坐标变换诱导误差的离散等价方程为基础,提出一种利用虚拟节点赋值的边界约束算法。该方法利用无黏流动中壁面仅存在法向速度且恒等于零的约束条件,建立了法向动量通量为零的约束方程,... 针对有限差分法的弯曲滑移壁面边界求解,以可以消除坐标变换诱导误差的离散等价方程为基础,提出一种利用虚拟节点赋值的边界约束算法。该方法利用无黏流动中壁面仅存在法向速度且恒等于零的约束条件,建立了法向动量通量为零的约束方程,通过求解约束方程确定虚拟节点的物理量,进而在边界节点实现通量计算。新方法在虚拟节点构造过程中将壁面当作流线处理,考虑了边界切向相邻节点对虚拟节点参数的影响,因此可以更为准确地求解包含曲率的物面边界。该方法在边界处和流场内部节点使用相同离散格式,在边界附近不存在格式相容性问题。相较于传统的使用虚拟节点的弱边界条件,该方法提高了虚拟节点参数的合理性,在时间推进过程中边界节点数值解可以严格满足无穿透条件。通过典型算例测试表明:本文所提方法适用于MUSCL格式和WENO格式,可以有效降低近边界区域的计算误差。 展开更多
关键词 虚拟节点 滑移壁面 约束方程 有限差分法 离散等价方程
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High Accuracy Arithmetic Average Discretization for Non-Linear Two Point Boundary Value Problems with a Source Function in Integral Form
9
作者 Ranjan K. Mohanty Deepika Dhall 《Applied Mathematics》 2011年第10期1243-1251,共9页
In this article, we report the derivation of high accuracy finite difference method based on arithmetic average discretization for the solution of Un=F(x,u,u′)+∫K(x,s)ds , 0 x s < 1 subject to natural boundary co... In this article, we report the derivation of high accuracy finite difference method based on arithmetic average discretization for the solution of Un=F(x,u,u′)+∫K(x,s)ds , 0 x s < 1 subject to natural boundary conditions on a non-uniform mesh. The proposed variable mesh approximation is directly applicable to the integro-differential equation with singular coefficients. We need not require any special discretization to obtain the solution near the singular point. The convergence analysis of a difference scheme for the diffusion convection equation is briefly discussed. The presented variable mesh strategy is applicable when the internal grid points of the solution space are both even and odd in number as compared to the method discussed by authors in their previous work in which the internal grid points are strictly odd in number. The advantage of using this new variable mesh strategy is highlighted computationally. 展开更多
关键词 Variable Mesh ARITHMETIC Average DISCRETIZATION NON-LINEAR Integro-Differential equation Diffusion equation Simpson’s 1/3 Rd rule SINGULAR Coefficients Burgers’ equation Maximum Absolute Errors
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基于离散等价方程的非结构网格有限差分法 被引量:11
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作者 刘君 陈洁 韩芳 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期119-128,共10页
激波装配法把解析关系式嵌入流场避免了间断引起的理论问题,使全场一致高精度的实现成为可能,有望解决超声速流动转捩研究中的感受性模拟难题。但装配复杂激波结构以后,被分割的流场空间常出现不规则的几何形状,这给常规的基于结构网格... 激波装配法把解析关系式嵌入流场避免了间断引起的理论问题,使全场一致高精度的实现成为可能,有望解决超声速流动转捩研究中的感受性模拟难题。但装配复杂激波结构以后,被分割的流场空间常出现不规则的几何形状,这给常规的基于结构网格的有限差分法应用带来困难。基于离散等价方程理论,提出了一种新的基于非结构网格的有限差分法,在空间二维离散点附近仅用3条网格线就可以构造出一阶迎风格式。数值算例表明收敛过程对网格质量不敏感,解决了激波装配法模拟激波相交出现小夹角后使用结构网格进行计算存在的难题。根据这种方法的特点展望了未来的应用前景。 展开更多
关键词 有限差分法 非结构网格 激波装配法 离散等价方程 流场
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有限差分法的坐标变换诱导误差 被引量:11
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作者 刘君 魏雁昕 韩芳 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期343-358,共16页
有限差分法应用于具有复杂外形的网格时需要进行坐标变换,在此过程中经常会引入坐标变换诱导误差。在柱坐标系下使用均匀网格进行均匀流场计算,计算结果表明,即使物理坐标对计算坐标的变换函数连续可导、计算过程中坐标变换系数直接采... 有限差分法应用于具有复杂外形的网格时需要进行坐标变换,在此过程中经常会引入坐标变换诱导误差。在柱坐标系下使用均匀网格进行均匀流场计算,计算结果表明,即使物理坐标对计算坐标的变换函数连续可导、计算过程中坐标变换系数直接采用准确的解析式、网格完全正交并且充分光滑,也无法避免坐标变换诱导误差。理论分析表明,产生坐标变换诱导误差的机理是笛卡尔坐标系下的守恒型欧拉方程变换至贴体坐标系下后增加了源项。针对该问题,目前国内外学者通常采用几何守恒律,构建与差分格式相匹配的坐标变换系数计算方法来消除源项。本文介绍了从包含源项的离散等价方程基础上直接进行离散的新算法,在此基础上针对非等距网格条件下MUSCL类格式重构过程进行误差分析,理论推导表明重构中需要考虑非等距插值公式的影响系数,将变量转换至计算空间内进行MUSCL重构才能保证该过程具有均匀网格下的插值精度。通过理论分析及数值实验证明新算法对于均匀流场完全不会引入坐标变换误差。 展开更多
关键词 有限差分法 几何守恒律 离散等价方程 几何诱导误差 坐标变换
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