基于拟Shannon小波浅水长波近似方程组的数值解

本文研究了浅水长波近似方程组初边值问题的数值解.利用小波多尺度分析和区间拟Shannon小波,对浅水长波近似方程组空间导数实施空间离散,用时间步长自适应精细积分法对其变换所的非线性常微分方程组进行求解,得到了浅水长波近似方程组的数值解,并将此方法计算的结果与其解析解进行比较和验证.     

基于Gauss全局径向基函数的近岸浅水变形波高数值计算新方法

应用Gauss全局径向基函数来模拟波浪浅水变形波高变化方程中的未知函数,经实例分析探讨得到了一种可用于求解该方程数值解的新方法,并将其计算结果与常用数值分析方法得到的数值解相互对比印证,证明了基于Gauss全局径向基函数法计算结果的正确性.经验证,Gauss径向基函数法的平均计算误差相比其他方法均要小,表明该方法拥有更高的计算精度.同时,根据Gauss全局径向基函数的逼近结果,得出了浅水变形波高变化微分方程数值解的拟合函数,在实际工程中,可以利用该拟合函数来代替原方程的解析解,研究成果可为求解近岸浅水区域波浪运动提供一种新思路.     

带源项浅水波方程的高分辨率熵稳定格式

提出了一种求解带源项浅水波方程的熵稳定格式.新格式利用通量限制函数将一阶熵稳定格式和高阶熵守恒格式结合,具有熵守恒格式和熵稳定格式的优点:在解的光滑区域具有高精度,在解的间断区域避免了非物理现象的产生,同时可以准确地捕捉激波,从而达到高分辨率的效果.利用新格式计算了一维和二维的经典算例,数值结果表明,新格式是模拟带源项浅水波方程的理想方法.     

浅水亚临界航速舰船水压场计算方法研究

基于浅水波动势流理论和薄船假定,建立了浅水亚临界航速舰船水压场理论数学模型．采用有限差分方法,对浅水亚临界航速舰船水压场分布特征进行了数值计算．分析了航道岸壁、Froude数、色散效应对舰船水压场的影响,利用虚拟长度法改善了计算结果．通过与源汇分布法、Fourier积分变换法以及实验结果进行比对,验证了所建立的舰船水压场数学模型和计算方法的正确性．     

求解浅水波方程的熵相容格式

提出了一种求解浅水波方程组的熵相容格式．在熵稳定通量中添加特征速度差分绝对值的项来抵消解在跨过激波时所产生的熵增,从而实现熵相容．新的数值差分格式具有形式简单、计算效率高、无需添加任何的人工数值粘性的特点．数值算例充分说明了其显著的优点．利用新格式成功地模拟了不同类型溃坝问题的激波、稀疏波传播及溃坝两侧旋涡的形成,是求解浅水波方程组较为理想的方法.     

浅水问题的约束Hamilton变分原理及祖冲之类保辛算法

针对浅水流问题,将不可压缩条件作为约束处理,提出一种约束Hamilton变分原理,并利用该变分原理,推出一种基于位移和压强的浅水方程(SWE-DP).针对SWE-DP,构造了一种结合有限元和祖冲之类算法的混合数值方法.通过数值算例,将SWE-DP与两个现有的浅水方程进行了数值比较,从而验证了SWE-DP的可靠性,并验证了针对SWE-DP构造的数值算法的正确性.此外,数值算例还显示出祖冲之类算法在对浅水波进行长时间仿真时,具有很好的表现.     

浅水流动与污染物扩散的高分辨率计算模型

将组合型TVD格式应用于守恒型的浅水方程和污染物扩散方程，建立了二者耦合求解的高分辨率有限体积计算模型。给出了溃坝水流、明渠突扩流和污染物输运计算的典型算例，并与实验数据或其它数值结果进行了比较，证实了该模型的有效性，表明它不但能处理有激波的非恒定流问题，也能较好地计算具有任意边界的一般的浅水流动和污染物扩散问题，为浅水流动和水环境模拟提供了精度高、稳定性好、普适性强的数值方法。     

求解二维浅水方程的一种高分辨率有限体积法

本文将一种van Albada型可微的限制器函数引入到二维浅水方程的求解中，发展了一种求解二维浅水方程的有限体积法．数值实验结果表明，该方法不仅计算精度高，而且较其它求解二维浅水方程的高精度有限体积法，在数值解的收敛性能方面大有改善．     

一种抑制激波计算中数值振荡现象的双重小波收缩方法

在激波数值计算中,容易出现数值振荡的问题,振荡激烈时会掩盖真实解,为此提出了许多高精度复杂计算格式或采用人工粘性抑制数值振荡.从信号处理的角度,提出双重小波收缩方法,它能自适应提取激波数值振荡解中的真实物理解.先用局部微分求积法求解浅水波方程和理想流体Euler运动方程中的激波问题,发现其数值振荡现象严重,然后采用双重小波收缩方法对其处理,获得了无数值振荡解,它能准确捕捉激波的位置并且保持激波结构.相比于复杂的Riemann(黎曼)求解格式,借助小波收缩方法,可以采用相对简单的计算格式如微分求积法求解激波问题.     

保辛水波动力学

初步介绍了基于位移表示的水波动力学理论,给出了线性水波、浅水波的位移周期行波解.提出保辛摄动法,计算一般水深周期行波解,并通过数值算例验证了算法的正确性.该研究注重水波的动力学属性,可以直接给出质点粒子的轨迹,模拟出水面尖锐的周期行波解.     

浅水中污染物扩散的自适应有限元分析法

介绍浅水中污染物扩散分析中的有限元法.分析包括两个部分:1)流场速度、水面高度的计算;2)根据扩散模型计算污染物浓度场.联合使用了自适应网格技术以期提高解的精度,同时减少计算时间和计算机内存的消耗.通过几个有已知解的实例验证了有限元公式和计算机程序.最后,使用这种联合方法分析泰国Chao Phraya河附近海湾中的污染物扩散.     

浅水中群桩受力状况的理论研究

本文研究了两类浅水波:Cnoidal波和弧立波对圆柱群的绕射问题.采用Bessel坐标变换方法统一坐标系,并通过散射波解中系数的确定来满足各柱面零法向速度条件.对几种柱分布情况,用两类入射波分别计算了若干实例.对计算结果进行了讨论并与实验数据进行了比较,结果令人满意.     

求解二维浅水波方程的移动网格旋转通量法

为提高求解二维浅水波方程数值算法的分辨率,拟构造求解该方程的新算法:基于移动网格法,选用熵稳定数值通量函数,利用旋转不变性得到混合数值通量.该算法中,浅水波方程的数值求解和依据解的特性进行自适应疏密分布的网格计算过程交错进行.利用变分原理进行网格重构,新网格上的物理量采用二阶精度的守恒型插值公式计算,最终采用三阶强稳定Runge-Kutta法与满足热力学第二定律的熵稳定格式实现浅水波方程的数值求解.数值结果表明,新算法具有良好的间断捕捉能力,分辨率高.     

(2+1)维浅水波方程的新精确解

对(2+1)维浅水波方程的现有解进行了推广.应用CK方法对方程进行求解,得到方程的Backlund变换公式,将已知解代入公式,求得一些新的精确解,从而推广了浅水渡方程的解.     

明渠温差异重流中湍浮力回流的数学模型

本文应用湍浮力回流k-s双方程模型及SIMPLE算法,对浅水明渠温差异重流的产生及其界面掺混规律进行了分析和数值计算。计算给出了速度、温度、湍动能、湍动能耗散率和涡粘性系数等的分布,所得到的速度、温度分布与实验测定值符合较好,表明这一预测方法是行之有效的.     

基于非结构自适应网格的复合有限体积法

利用文献[1]中将Lax-Wendroff格式和Lax-Friedrichs格式整体复合作用构成二维无结构网格上的复合型有限体积法,同时利用Delaunay方法,根据流场流动特性变化的梯度值为指示器对网格进行加密和粗化,实现自适应,并将此方法应用到二维浅水波方程的求解上,进行了二维部分溃坝,倾斜水跃的数值实验.结果表明,该方法是一个计算稳定、能适应复杂的求解域、能很好地捕捉激波、且计算速度快的算法.     

有限体积KFVS方法在二维溃坝中的应用

本文采用了基于KFVS格式的有限体积方法 (FVM)求解了控制水流运动的二维浅水方程 ,建立了二维水坝瞬间溃坝的洪水演进模型 .并应用此模型模拟了二维非对称溃坝和对称溃坝情形下坝左下角有障碍物时的洪水波演进过程 .模拟结果表明该数学模型对二维浅水运动的模拟很有效 .     

直接边界积分方法计算水波的稳定性

1.引 言 数值模拟流体自由界面运动一直是研究水波的主要方法.海浪攀爬海岸的研究是水动力学中的一个很经典且很具有挑战性的课题,因为在水面附近的方程是高度非线性的.对于二维情形下有一致倾斜度的海岸上的水波,Carrier＆Greeenspan[7]建立了基于浅水模型的非线性理论,Tuck＆Hwang引入变量代换,把最初的非线性方程转变成更容易分析的线性方程.这种直接对单一流体用浅水方程计算自由界面的办法仍然被广泛应用.Zhang,Wu,Hou[23]给出了这个问题的Euler-Langrange混合格式,Li ＆ Zhang[13]借助这个格式,并引入人工边界条件对海浪攀爬海岸问题进行了整体的数值模拟.     

双层浅水波模型柯西问题的经典解

主要研究浅水理论中双层浅水波模型柯西问题的经典解.在适当的初值条件下,得到整体经典解存在唯一性的充要条件.同时对单层浅水波模型也得到相应结果.     

解浅水方程离散化线性方程组的PEk方法

定义于球面的浅水方程能够很好地描述浅齐次的不可压缩非黏滞流体层的性状,它在全球大气模型、海洋数字模型和天气预报的数值计算中都有广泛的应用,浅水方程的一般形式如下：