解地下水流的Monte—Carlo随机法与积分插值法

分别采用积分插值法与Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ随机法对地下水流问题的理论研究，提出了Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ随机差分法。对这两种方法的计算格式及边值条件在格式中的处理进行了推导，分析及论述；并且选取了一个具有解析解的二维承压稳定地下水流数学模型作为例子，进行了数值计算。     

定时间步长变坐标步长差分求解单相Stefan问题

对单相Stefan问题提出了一种定时间步长、变坐标步长的差分求解方法.在固定时间步长内,以计算得到的移动界面位置作为网格节点的坐标,前后界面位置之差为空间步长,逐步地自动形成网格的划分,计算这些节点处的温度,从而获得下一时刻的移动界面的位置.     

二维稳态辐射传输方程的有限差分求解法

针对扩散光学层析在小动物成像中的应用问题并基于混浊介质空间光子三维散射的实际物理效应,提出的二维稳态辐射传输方程的有限差分数值求解新方法.在此基础上,研究了不同的空间剖分网格和角度离散密度对求解准确度的影响,并通过将所提方法与蒙特卡洛模拟进行比对,验证方法的正确性.研究表明:在均匀组织体内,当离散角度达到一定数量时,由辐射传输方程的有限差分解获得的透射面和侧面的光子密度对空间网格大小并不敏感,而在反射面上光子密度计算则需要较密的空间网格才能够达到一定准确度.本研究为发展基于辐射传输方程的扩散光学层析理论奠定了基础.     

基于模拟有限差分的低渗透油藏非达西油水两相流动数值模拟

在模拟有限差分研究单相非线性流动基础上,进一步推广到低渗透油藏非达西油水两相流动数值模拟中,以拟线性流动模型对该方法的基本原理进行详细阐述,建立相应的数值计算格式,并采用IMPES方法对其两相流问题进行求解,通过数值算例验证方法的正确性和适用性.     

用FDTD计算各向异性磁化等离子体涂敷二维目标的RCS

采用z变换方法把时域有限差分方法(FDTD)推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子 体中，该算法同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的计算问题，给出了各向 异性磁化等离子体中FDTD迭代公式.计算了各向异性磁化等离子体涂敷导体圆柱前后其雷达 散射截面(RCS)的变化情况，分析了等离子体碰撞频率和电子回旋频率对其RCS的影响. 关键词： 时域有限差分方法 各向异性磁化等离子体     

激光与靶相互作用体汽化模型的数值计算方法

利用克劳修斯-克拉珀龙(Clausius Clapeyron)方程描述相变过程,利用von Neumann差分方法构造辐射流体动力学方程组的计算方法,数值求解了激光辐照金属材料的热效应、汽化过程和激光维持爆震波,并同作者前期的工作作了比较.结果说明,该计算方法对激光与靶材料相互作用体汽化模型的数值计算是行之有效的,且该汽化模型为相关问题的二维、三维问题的数值计算提供了简便有效的途径.     

二维可压缩流体力学Lagrange有限点方法

提出二维可压缩流体力学问题的拉格朗日有限点方法,将求解区域离散为适当的点集.在每个时间步,每个离散点与其周围适当的五个邻点组成一个基本计算单元.在每个计算单元上,利用有限点方法中的典型微分算子的五点近似公式直接离散流体力学方程中的微分算子,并在每个方程中加上一个人为拉普拉斯粘性项,达到稳定格式的目的.给出时间步长的自动选取算法.数值算例结果验证了算法的有效性,初步展示了其计算大变形流体问题的良好发展潜力.     

分析水下目标的大比例变换总场散射场源FDTD方法

为解决探测水下目标的电磁散射问题,提出大比例变换的总场-散射场源时域有限差分（FDTD）方法.该方法包含两次FDTD计算：第一次计算采用细网格得到激励源周围的近场值;第二次计算采用粗网格得到远距离的电磁场值.两次FDTD计算通过总场-散射场边界建立联系.实现细粗网格的大比例变换,例如变换比例N=10,大大节省了计算时间,降低了计算内存的消耗,提高了计算效率.通过算例验证该方法的正确性和有效性.最后,计算水下岩层中存在异常体时的电磁响应,指出当岩层中异常体电导率不同时,接收点处电磁场的幅值和相位均不相同.     

比例边界有限元法在电机电磁场问题中的应用

将比例边界有限元法应用到电机磁场分析计算中,采用加权余量法推导无旋磁场的比例边界有限元方程及其离散格式,给出相邻子域公共边上内部节点磁位求解方法.以具有解析解的电机磁场问题为例进行计算和对比分析,验证离散格式的正确性和比例边界有限元法求解电机磁场的可行性,为该方法在电机磁场问题中的应用打下基础.     

三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究

基于电流密度拉普拉斯变换方法改进的时域有限差分(LTJEC-FDTD)算法, 研究时变等离子体目标的电磁散射特性.由Maxwell方程和等离子体本构方程出发, 利用拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换, 推导出计算三维时变问题的时域有限差分(FDTD)算法的迭代式. 采用模式匹配方法验证了FDTD迭代式的正确性, 并通过计算等离子体球的雷达散射截面(RCS)验证了算法相关边界的正确性. 最后用LTJEC-FDTD算法分析了涂覆时变等离子体的战斧式巡航导弹的RCS. 关键词： 时变等离子体 雷达散射截面 模式匹配方法 时域有限差分方法     

一种基于MOF界面重构的二维中心型MMALE方法

发展了一种基于MOF（Moment of Fluid）界面重构的二维中心型MMALE（Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法.其中,流体力学方程组采用中心型拉氏方法进行离散求解.混合网格的热力学封闭采用Tipton压力松弛模型.混合网格内的界面重构采用MOF方法,并对MOF方法作了简化和改进.重映步采用一种基于多边形剪裁算法的精确积分守恒重映方法.计算了若干数值例子,包括二维漩涡发展问题、Sedov问题、激波与氦气泡相互作用问题、水中强激波与空气泡相互作用问题、二维RT不稳定性问题等.数值算例表明,该方法具有二阶精度,能够计算界面两侧密度比和压力比很大的问题,并且其健壮性优于交错型MMALE方法,适合计算多介质复杂流体动力学问题.     

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度，应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率，采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量，而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性，证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.     

Multi-dimensional conservative semi-Lagrangian method of characteristics CIP for the shallow water equations

A new characteristic approach that guarantees conservative property is proposed and is applied to the shallow water equations. CIP–CSL (Constrained Interpolation Profile/Conservative Semi-Lagrangian) interpolation is applied to the CIP method of characteristics in order to enhance the mass conservation of the numerical result. Although the characteristic formulation is originally derived from non-conservative form, present scheme achieves complete mass conservation by solving mass conservation simultaneously and reflecting conserving mass in interpolation profile. Present method has less height error compared to the CIP method of characteristics by several orders of magnitude. By the enhanced conservation property, present scheme is applicable to nonlinear problem such as shock. Furthermore, application to two dimensions including the Coriolis term is straightforward with directional splitting technique.     

Binary Level Set Methods for Dynamic Reservoir Characterization by Operator Splitting Scheme

In this paper, operator splitting scheme for dynamic reservoir characterization by binary level set method is employed. For this problem, the absolute permeability of the two-phase porous medium flow can be simulated by the constrained augmented Lagrangian optimization method with well data and seismic time-lapse data. By transforming the constrained optimization problem in an unconstrained one, the saddle point problem can be solved by Uzawas algorithms with operator splitting scheme, which is based on the essence of binary level set method. Both the simple and complicated numerical examples demonstrate that the given algorithms are stable and efficient and the absolute permeability can be satisfactorily recovered.     

Identification of Elastic Orthotropic Material Parameters by the Singular Boundary Method

This article addresses the resolution of the inverse problem for the parameter identification in orthotropic materials with a number of measurements merely on the boundaries. The inverse problem is formulated as an optimization problem of a residual functional which evaluates the differences between the experimental and predicted displacements. The singular boundary method, an integration-free, mathematically simple and boundary-only meshless method, is employed to numerically determine the predicted displacements. The residual functional is minimized by the Levenberg-Marquardt method. Three numerical examples are carried out to illustrate the robustness, efficiency, and accuracy of the proposed scheme. In addition, different levels of noise are added into the boundary conditions to verify the stability of the present methodology.     

Euler方程的双分布函数格子Boltzmann Godunov方法

应用双分布函数系统,通过Godunov分解,构造了一维Euler方程的格子Boltzmann算法。解决了传统格子气固有的GC问题与能量方程之间的矛盾,实现了分布函数与宏观物理量之间的一一对应。     

An Exner-based coupled model for two-dimensional transient flow over erodible bed

Transient flow over erodible bed is solved in this work assuming that the dynamics of the bed load problem is described by two mathematical models: the hydrodynamic model, assumed to be well formulated by means of the depth averaged shallow water equations, and the Exner equation. The Exner equation is written assuming that bed load transport is governed by a power law of the flow velocity and by a flow/sediment interaction parameter variable in time and space. The complete system is formed by four coupled partial differential equations and a genuinely Roe-type first order scheme has been used to solve it on triangular unstructured meshes. Exact solutions have been derived for the particular case of initial value Riemann problems with variable bed level and depending on particular forms of the solid discharge formula. The model, supplied with the corresponding solid transport formulae, is tested by comparing with the exact solutions. The model is validated against laboratory experimental data of different unsteady problems over erodible bed.     

积分梯度法的两种格式

在二维柱坐标系下Lagrange流体力学的计算中,积分梯度法是动量方程的一种有效离散方法.积分梯度法中,IGT(Integral Gradient Total)格式不能保持柱几何下一维球对称性;IGA(Integral Gradient Average)格式可以保持一维球对称性,但当相邻网格质量相差比较大时,会得到远远脱离真实物理现象的加速度.深入研究IGA和IGT格式发现,当相邻网格边界压力取为质量加权时,即使相邻网格质量相差较大,对于一维平面和一维柱问题,IGT与IGA等价;在二维情形下,可以缩小IGT和IGA之间的差异.理论证明,IGA格式不能保持系统的动量守恒,IGT格式能保持系统的动量守恒性.数值模拟结果进一步显示了这两个格式的优缺点.     

非定常Navier-Stokes方程基于两重网格离散的有限元并行算法

基于两重网格离散和区域分解技巧,提出三种求解非定常Navier-Stokes方程的有限元并行算法.算法的基本思想是在每一时间迭代步,在粗网格上采用Oseen迭代法求解非线性问题,在细网格上分别并行求解Oseen、Newton、Stokes线性问题以校正粗网格解.对于空间变量采用有限元离散,时间变量采用向后Euler格式离散.数值实验验证了算法的有效性.     

关联对的结构

利用了类似于H–F的方法来自洽地确定S对(和D对)的结构,此外,为了避免因辛弱数混合而产生的伪态困难,改进了S对的定义并用不成对粒子算符来构造D对,以使它们相互独立.