多重网格技术在复杂粘性流场计算中的应用及研究

流体力学控制方程的数值求解过程中,当网格加密、粘性效应强或来流马赫数低的时候,流场收敛非常缓慢。本文在多块网格、LUSGS隐式格式基础上采用多重网格技术,计算了NLR7301case#1两段翼型的低速绕流及DLRF4跨声速流场,在复杂二维、三维粘性流场求解中获得了满意的加速收敛效果。文中还比较了V循环、W循环的加速效率,为多重网格的工程应用奠下基础。

二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解

针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性.

内燃机排气凸轮/挺柱机构的瞬态热弹性流体动力润滑研究

在对内燃机排气凸轮/挺柱机构进行运动学和动力学分析的基础上,采用多重网格法和多重网格积分技术对该摩擦副进行了热弹性流体动力润滑研究。结果表明:凸轮的一个旋转周期内的不同瞬时摩擦副的润滑状况存在显著的差别,压力、膜厚等相关参数都表现出剧烈的变化;最小膜厚和最高接触压力出现在凸轮挑尖处;卷吸速度为零的2个工作点之间是凸轮-挺柱润滑的危险区;摩擦造成的润滑油温升超过40℃。

多重网格加速的LUSGS算法用于喷管流场数值模拟

采用有限体积法,二阶精度插值的Roe格式对三维流场N-S方程进行空间离散;采用LUSGS隐式时间推进法和多重网格技术加快计算收敛速度;采用独特的显式算法克服了两方程湍流模型刚性对流场计算收敛速度的影响,并给出了该方法的理论依据。通过轴对称喷管内流场、二元喷管内外流场的数值模拟验证了采用以上方法在计算效率上的提高。最后将RNG模型计算结果与SA模型计算结果及实验数据做对比分析。

三维对流扩散方程的多重网格算法研究

研究了三维对流扩散方程基于有限差分法的多重网格算法。差分格式采用一般网格步长下的二阶中心差分格式和四阶紧致差分格式,建立了与两种格式相适应的部分半粗化的多重网格算法,构造了相应的限制算子和插值算子,并与传统的等距网格下的完全粗化的多重网格算法进行了比较。数值研究结果表明,对于各向异性问题,一般网格步长下的部分半粗化多重网格算法比等距网格下的完全粗化多重网格算法具有个更高的精度和更好的收敛效率。

多段翼型粘性绕流计算研究

针对多段翼型外形结构复杂,结构网格生成难度大的缺点,运用割补法对重叠网格技术进行了研究,生成贴体及与边界正交的高质量的结构化网格,在识别贡献单元方面,介绍了一种基于kd树的找重方法。流场求解应用雷诺平均Navier-Stokes方程结合Spalart-Allmaras一方程湍流模型在所生成的重叠网格上对多段翼型的粘性绕流进行了模拟,为了兼顾流场计算效率问题,在重叠网格的各个子块上采用多重网格方法。计算结果表明,用该方法可以很好地预计压力分布,并且计算效率得到很大的提高。

无源毫米波成像投影Landweber多重网格超分辨算法

在无源毫米波成像应用中,由于天线孔径大小的限制而导致获得的图像有可怜的分辨率,因此必须采取有效的后处理措施增强图像的分辨率。本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的投影Landweber多重网格超分辨算法,该算法以投影Landweber算法作为主迭代过程,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。

Mortar型旋转Q_1元的V循环多重网格(英文)

展现了一种Mortar类型的旋转Q1有限元的多重网格方法.通过定义一些算子证明了这种V循环的多重网格是一致收敛的,它的收敛率不依赖于网格的尺寸和层数,并通过数值实验验证了理论分析的正确性.

Mortar型旋转Q_1元多重网格的网格转移算子

讨论了Mortar型旋转Q1元多重网格算法的收敛性。对于网格不嵌套的旋转Q1有限元空间提出了两种Mortar条件,针对这两种Mortar条件介绍了相应的多重网格的网格转移算子,并且建立了网格转移算子有效的一个标准,即只要网格转移算子符合标准,则多重网格算法收敛。理论证明和数值实验说明了该网格转移算子的多重网格算法收敛。

结合代数多重网格的钻石编码隐写算法

针对隐写算法安全性的问题,提出一种结合代数多重网格(AMG)的钻石编码(DE)隐写算法。首先,通过AMG方法将图像的像素点分成粗细网格两个部分。然后,结合DE把机密信息分别嵌入到粗细网格两个像素序列中。其中,粗网格部分像素的改变对整幅图像的质量影响较小,而细网格部分像素的改变对整幅图像的质量影响较大。又因为DE的k值跟信息隐藏容量密切相关,随着k值的增加像素改变量变大,所以用DE嵌入的过程中,粗网格部分选择的k值不小于细网格。最后,选择DE的k值等于1与2,提出了三种隐写方案。与最低有效位(LSB)置换、随机LSB匹配、DE算法和自适应边缘检测算法进行比较,实验结果表明,三种隐写方案的一阶Markov安全指标皆优于其他对比隐写算法。

一种可扩展的三维半导体器件并行数值模拟算法

在基于漂移-扩散模型的三维半导体器件数值模拟中,通过有限体积法进行数值离散,采用完全耦合的牛顿迭代求解非线性代数方程组,并使用基于代数多重网格预条件子的GMRES方法求解牛顿迭代中的线性方程组,构造一种稳健且高度可扩展的非结构四面体网格上求解半导体方程的并行算法.基于PHG平台实现该算法的并行计算程序,并对PN结和MOS场效应晶体管等问题进行了最大网格规模达到5亿单元、最大并行规模达到1 024进程的大规模数值模拟实验,结果表明,该算法计算效率高,可扩展性好.

基于多核异构的代数多重网格的并行算法实现

近年来，受GPU其高浮点峰值性能的提高和应用领域中大规模科学计算问题的驱动，高性能领域中利用代数多重网格（AMG）求解稀疏线性方程组成为研究热点。针对经典的AMG算法，探究建立阶段（网格粗化）和求解阶段的并行计算结构，提出基于多核异构的AMG并行计算模式。数值实验表明，并行计算模式计算效率相对于串行提高了3～4倍，加速效果明显。

用DHR k-ε模型与AMG法对渐扩管内紊流数值预测

机械和矿山工程中广泛使用锥形渐扩管。用基于DHR型k-ε紊流模型及其壁面函数.BFC(边界拟合坐标变换)法与代数多重网格方法(简称AMG方法)及一种新五点格式相结合的数值方法,对总扩散角为8,°扩散度为4的锥形渐扩管内充分发展的不可压粘性紊流场进行了数值仿真预测,并将计算结果与实验结果和Point-SOR方法的计算结果进行了比较。结果表明,在相同的计算条件及数值求解精度下,用这种数值方法可以提高对该种紊流的数值计算效率,并且计算结果与实验结果较好符合。

接触固体曲率半径对非稳态热弹流润滑的影响

研究接触区的当量曲率半径对弹流油膜性质的影响,利用多重网格法求得非稳态弹流润滑问题。得到了接触固体两种等效曲率半径下的热弹流润滑数值解。数值模拟的结果显示最小膜厚的变化与Hamrock和Dowson的点接触弹流润滑的最小膜厚公式一致。在其他参数不变的情况下,曲率半径增加一倍,油膜的压力大约减小一倍,其第二压力峰变钝变宽;而膜厚增大,但其增加的幅度相比压力的增加要小很多;而温度的变化减小。