求解二维浅水波方程的旋转混合格式北大核心CSCD

针对二维浅水波方程数值求解问题,构造了一种旋转通量混合格式.空间方向上,该算法利用浅水波方程通量函数的旋转不变性,在单元界面法线方向及单元界面切线方向上采用可消除红斑现象的HLL与满足热力学第二定律的熵稳定加权混合数值通量函数,时间方向上采用三阶强稳定Runge-Kutta法.数值结果表明,该混合格式对于二维浅水波方程数值求解具有分辨率高的良好特性.     

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.     

求解二维Euler方程的旋转通量混合格式

为提高求解二维Euler方程数值结果的分辨率,提出了一种旋转通量混合格式.该算法采用旋转通量法的类一维处理思想,通量函数选用满足热力学第二定律的熵稳定数值通量和具有良好鲁棒性的HLL数值通量耦合的混合格式,时间方向采用三阶强稳定Runge-Kutta方法进行推进.该旋转通量混合格式具有结构简单、分辨率高的优点,数值结果表明了该算法的良好特性.     

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.     

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.     

基于AUSM分裂的二维通量分裂格式

基于对流迎风分裂思想构造的AUSM类格式具有简单、高效、分辨率高等优点,在计算流体力学中得到了广泛的应用.传统的AUSM类格式在计算界面数值通量时只考虑网格界面法向的波系,忽略了网格界面横向波系的影响.使用Liou-Steffen通量分裂方法将二维Euler方程的通量分裂成对流通量和压力通量,采用AUSM格式来分别计算对流数值通量和压力数值通量.通过求解考虑了横向波系影响的角点数值通量来构造一种真正二维的AUSM通量分裂格式.在计算一维算例时,该格式保留了精确捕捉激波和接触间断的优点.在计算二维算例时,该格式不仅具有更高的分辨率而且表现出更好的鲁棒性,可以消除强激波波后的不稳定现象.此外,在多维问题的数值模拟中,该格式大大地提高了稳定性CFL数,具有更高的计算效率.因此,它是一种精确、高效并且强鲁棒性的数值方法.     

非结构网格上求解二维H-J方程的一种WENO格式

基于WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)的思想,提出了一种在非结构网格上求解二维Hamilton-Jacobi(简称H-J)方程的数值方法.该方法利用Abgrall提出的数值通量,在每个三角形单元上构造三次加权插值多项式,得到了一个求解H-J方程的高阶精度格式.数值实验结果表明,该方法计算速度较快,具有较高的精度,而且对导数间断有较高的分辨率.     

基于卷积神经网络模型数值求解双曲型偏微分方程的研究

人工神经网络近年来得到了快速发展,将此方法应用于数值求解偏微分方程是学者们关注的热点问题.相比于传统方法其具有应用范围广泛（即同一种模型可用于求解多种类型方程）、网格剖分条件要求低等优势,并且能够利用训练好的模型直接计算区域中任意点的数值.该文基于卷积神经网络模型,对传统有限体积法格式中的权重系数进行优化,以得到在粗粒度网格下具有较高精度的新数值格式,从而更适用于复杂问题的求解.该网络模型可以准确、有效地求解Burgers方程和level set方程,数值结果稳定,且具有较高数值精度.     

Bakhvalov-Shishkin网格上求解边界层问题的差分进化算法

该文在Bakhvalov-Shishkin网格上求解具有左边界层或右边界层的对流扩散方程,并采用差分进化算法对Bakhvalov-Shishkin网格中的参数进行优化,获得了该网格上具有最优精度的数值解.对三个算例进行了数值模拟,数值结果表明:采用差分进化算法求解具有较高的计算精度和收敛性,特别是边界层的数值解精度明显优于选择固定网格参数时的结果.     

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．     

浅水方程初边值问题几种新的差分格式及其数值试验

本文提出几种有限差分法求解绝对坐标系中浅水方程的新方法;对五个对角线矩阵也提出了效率高而且简单的两级迭代计算的有效方法.这种迭代法可以用来处理浅水方法的多格计算.最后我们研究了初始边界值问题.通过数值试验证明,线性正弦波会逐步变为非线性的圆锥型波.     

A numerical algorithm for computing tsunami wave amplitudes

A numerical multistep algorithm for computing tsunami wave front amplitudes is proposed. The first step consists in solving an appropriate eikonal equation. The eikonal equation is solved with Godunov’s approach and a bicharacteristic method. A qualitative comparison of the two methods is done. A change of variables is made with the eikonal equation solution at the second step. At the last step, using an expansion of the fundamental solution to the shallow water equations in the new variables, we obtain a Cauchy problem of lesser dimension for the leading edge wave amplitude. The results of numerical experiments are presented.     

Well-balanced unstaggered central schemes for one and two-dimensional shallow water equation systems

We propose a new well-balanced unstaggered central finite volume scheme for hyperbolic balance laws with geometrical source terms. In particular we construct a new one and two-dimensional finite volume method for the numerical solution of shallow water equations on flat/variable bottom topographies. The proposed scheme evolves a non-oscillatory numerical solution on a single grid, avoids the time consuming process of solving Riemann problems arising at the cell interfaces, and is second-order accurate both in space and time. Furthermore, the numerical scheme follows a well-balanced discretization that first discretizes the geometrical source term according to the discretization of the flux terms, and then mimics the surface gradient method and discretizes the water height according to the discretization of the water level. The resulting scheme exactly satisfies the C-property at the discrete level. The proposed scheme is then applied and classical one and two-dimensional shallow water equation problems with flat or variable bottom topographies are successfully solved. The obtained numerical results are in good agreement with corresponding ones appearing in the recent literature, thus confirming the potential and efficiency of the proposed method.     

On curl-preserving finite volume discretizations for shallow water equations

The preservation of intrinsic or inherent constraints, like divergence-conditions, has gained increasing interest in numerical simulations of various physical evolution equations. In Torrilhon and Fey, SIAM J. Numer. Anal. (42/4) 2004, a general framework is presented how to incorporate the preservation of a discrete constraint into upwind finite volume methods. This paper applies this framework to the wave equation system and the system of shallow water equations. For the wave equation a curl-preservation for the momentum variable is present and easily identified. The preservation in case of the shallow water system is more involved due to the presence of convection. It leads to the vorticity evolution as generalized curl-constraint. The mechanisms of vorticity generation are discussed.For the numerical discretization special curl-preserving flux distributions are discussed and their incorporation into a finite volume scheme described. This leads to numerical discretizations which are exactly curl-preserving for a specific class of discrete curl-operators.The numerical experiments for the wave equation show a significant improvement of the new method against classical schemes. The extension of the curl-free numerical discretization to the shallow water case is possible after isolating the pressure flux. Simulation examples demonstrate the influence of the modification. The vortex structure is more clearly resolved.     

(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.     

一类非线性发展方程的精确解

利用hirota双线性法,得到(3+1)维孤子方程、(3+1)维KP-Boussinesq方程、(2+1)维修正Caudrey-Dodd-Gibbon-Kotera-S awada方程、Hirota-Satsuma浅水波方程的精确解,并做出一部分解的图形,进一步研究解的结构和性质.