一维多介质可压缩流动的守恒型界面追踪方法

本文针对一维问题的ProntTracking方法,提出了一种较易实现的守恒型界面追踪方法.利用双波近似求解Riemann问题来确定界面处的数值通量,在固定的网格上采用统一的有限体积格式进行内点和交界面点的计算,通过守恒插值以及守恒量的重新分配,保证数值解在全场实现一致守恒,将该方法应用于一维多介质可压缩流动的模拟,给出了满意的数值模拟结果.     

运动界面的追踪和重构方法

提出了一种简单有效并且精确的高分辨率运动界面追踪方法——无结构网格特征型积分平均有限体积法．并且对包括该方法在内的六种界面重构方法做了一些数值试验和评估．通过精确的数值模拟,详细的比较和分析了这些方法的优缺点．     

炸药爆轰物质点法三维数值模拟

炸药爆轰以及多点起爆所产生的爆轰波汇聚问题很难应用有限元法进行模拟分析,尤其当网格发生畸变时,导致有限元法计算效率和数值精度严重下降,甚至无法得到正确结果.为此,该文应用显式积分算法的物质点法对炸药两点起爆和按时间序列的多点起爆的爆轰过程进行数值模拟,与炸药爆轰的理论计算结果相吻合.物质点法不但可以有效地避免网格畸变问题,而且为炸药爆轰的数值模拟提供了新的思路.     

不可压缩流动的并行数值方法

不可压缩流动的数值模拟是计算流体力学的重要组成部分. 基于有限元离散方法, 本文设计了不可压缩Navier-Stokes (N-S)方程支配流的若干并行数值算法. 这些并行算法可归为两大类: 一类是基于两重网格离散方法, 首先在粗网格上求解非线性的N-S方程, 然后在细网格的子区域上并行求解线性化的残差方程, 以校正粗网格的解; 另一类是基于新型完全重叠型区域分解技巧, 每台处理器用一局部加密的全局多尺度网格计算所负责子区域的局部有限元解. 这些并行算法实现简单, 通信需求少, 具有良好的并行性能, 能获得与标准有限元方法相同收敛阶的有限元解. 理论分析和数值试验验证了并行算法的高效性     

多介质问题分析的前处理程序PreGenGrid

概述了多介质问题数值模拟前处理程序PreGenGrid的主要功能,着重介绍了该前处理程序网格自动生成功能和多介质问题多块网格生成后的无缝拼接技术,给出了多介质问题网格实例,验证了前处理程序PreGenGrid的特点.PreGenGrid是科学计算和复杂工程技术人员进行数值模拟的理想工具.     

冲击波作用下Air/SF6斜界面不稳定性实验和数值模拟研究

开展了Mach数为1.23和1.41的冲击波作用下的Air/SF6斜界面不稳定性激波管实验,并利用王涛等人发展的可压缩多介质粘性流体和湍流大涡模拟程序MVFT(multi-viscous-fluid and turbulence),对该激波管实验进行了数值模拟,二者相比较一致性较好,包括界面图像、湍流混合区TMZ(turbulent mixing zone)宽度、气泡和尖钉位移,确认了该计算代码对界面不稳定性问题模拟的可靠性和有效性.数值模拟再现了冲击波作用下,Air/SF6斜界面的演化过程及流动中复杂波系结构的发展如冲击波的传播、折射和反射.结果还显示冲击波Mach数较大时,冲击波和界面相互作用时混合区获得的能量也较大,扰动界面发展的也更快.     

基于层次T网格的分片孔斯曲面重构

本文提出一种基于任意层次T网格的多项式(PHT)样条空间$S(3,3,1,1,T)$的一个新的曲面重构算法.该算法由分片插值于层次T网格上每个小矩形单元对应4个顶点的16个参数的孔斯曲面形式给出.对于一个给定的T网格和相应基点处的几何信息(函数值,两个一阶偏导数和混合导数值),可得到与$S(3,3,1,1,T)$的PHT样条曲面相同的结果,且曲面表达形式更简单,同时,在离散数据点的曲面拟合中,我们给出了自适应的曲面加细算法.数值算例显示,该自适应算法能够有效的拟合离散数据点.     

多介质问题分析的前处理程序PreGenGrid

概述了多介质问题数值模拟前处理程序PreGenGrid的主要功能,着重介绍了该前处理程序网格自动生成功能和多介质问题多块网格生成后的无缝拼接技术,给出了多介质问题网格实例,验证了前处理程序PreGenGrid的特点．PreGenGrid是科学计算和复杂工程技术人员进行数值模拟的理想工具.     

带间断扩散系数热传导方程的新型自适应数值解法

本文研究带间断扩散系数热传导方程在大变形网格上的高精度数值模拟方法.该方法在算每条边上的能流时采用了本文提出的"孪生逼近"方法,提高了扩散系数间断处能流的计算精度,给出了"孪生逼近"的误差分析.应用该方法于二维大变形网格上热传导问题计算,构造r网格边上能流的一种自适应高精度计算方法,其中自适应指的是自适应选取模板和自适应选取权重大小.数值试验表明该方法能适应网格大变形和扩散系数间断的困难情况.     

具有五阶精度的TVD数值格式

提出了一种具有五阶空间精度的数值求解物质输送方程平流项的方法.此方法具有如下主要特点:1) 利用四次函数刻画特定物质在空间上的分布;2)在中间时刻层上确定网格界面上的值;3)利用TVD算子限制确定的界面值,以保证数值格式无频散.     

扩散方程保正的有限体积格式

在大变形网格上数值求解多介质扩散方程时, 如何构造具有保正性的扩散格式一直是人们关注的难题. 本文将简要综述与保正性相关的扩散格式的研究历史, 并为解决这一难题提出新的设计途径,构造出新的具有较高精度的单元中心型守恒保正格式, 它们可兼顾网格几何变形和物理量变化. 本文将给出数值实验结果, 验证新格式在变形的网格上保持非负性.     

非匹配网格上Stokes-Darcy 问题非协调元离散的两水平和多水平方法

本文讨论了非匹配网格上Stokes-Darcy 问题的两种低阶非协调元方法, 给出了误差估计, 对耦合的非协调元离散问题, 通过粗网格求得的界面条件, 我们提出了一个解耦的两水平算法. 并且我们将两水平方法推广到多水平情形, 其只需在一个很粗的网格上解一耦合问题, 然后在逐步加细的网格上求解解耦的问题, 理论分析和数值试验都说明方法的高效性.     

多孔介质中各向异性渗流模型的浸入Crouzeix-Raviart有限元方法

正1引言多孔介质中含两种及以上不同传导性或渗透率的一些物理模型,都可以由间断系数为张量的二阶椭圆界面方程来刻画.为了服从守恒律,界面方程的解必须满足界面跳跃条件.当界面线充分光滑时,解在各个子区域上也分别都是光滑的.但因为扩散系数沿界面发生间断,解的整体正则性比较低,通常的数值方法难以得到理想的逼近精度.多种数值实验表明界面浸入有限元(IIFE)方法对于求解这类椭圆界面问题十分有效.这是由于这种方法把界面跳跃条件强加在有限元空间中,故不需要沿界面进行网格剖分.     

薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的界面条件

本文研究了一维线性薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的问题.在数值模拟中,非一致网格在界面处会产生虚假反射,利用局部时间步长和界面条件的方法,成功的减小了虚假反射.改进和提高了薛定谔方程数值模拟的效率和精度.     

接触与大变形问题的光滑有限元分析

橡胶材料因具有良好的抗震、吸能作用,在实际工程中应用广泛.然而橡胶超弹性材料的碰撞属于强非线性问题,分析橡胶材料的接触碰撞和大变形问题对于提高装置的缓冲性能具有重要意义.光滑有限元法(smoothed finite element method, S-FEM)是一种弱形式的数值计算方法,相比于传统的有限元方法,光滑有限元法对网格的质量要求不高,允许单元在计算过程中发生较大的变形,且光滑域的构造比较灵活,在不增加自由度的前提下,可以达到较高的精度.在光滑有限元法的基础上,采用双势方法进行接触计算,以充分利用光滑有限元法计算大变形问题的优点和双势方法求解接触力的优势.通过与有限元软件MSC.Marc的数值结果对比,验证了该算法的准确性和能量守恒性,并且分析了摩擦因数对碰撞体的影响.     

薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的界面条件（英文）

本文研究了一维线性薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的问题.在数值模拟中,非一致网格在界面处会产生虚假反射,利用局部时间步长和界面条件的方法,成功的减小了虚假反射.改进和提高了薛定谔方程数值模拟的效率和精度.     

四阶分数阶扩散波动方程的两网格混合元快速算法

本文研究四阶分数阶扩散波动方程模型的基于新混合元方法的快速两网格算法.讨论该方法的稳定性,推导三个未知函数的$L^2$模意义下的最优误差估计.最后通过数值例子验证两网格混合元算法的高效性和理论结果的正确性.     

基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法

针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等.     

光线寻优算法的寻优机理分析

光线寻优算法是一种通过模拟光的传播路径进行寻优的最优化方法.该算法用网格划分可行域,将具有不同折射率的介质填充到各网格中,并将光在此变折射率介质中的传播路径设想成算法的寻优路径.光线寻优算法仅用到目标问题的函数值,结构简单容易实现.根据费马原理,利用变分法进行推导,得出了光具有偏向折射率增大方向,偏离折射率减小方向的自动寻优性质.通过求解9个标准测试函数,并将算法与模拟退火算法,标准粒子群算法进行比较,验证了所得结论以及算法的可行性,有效性,潜在的优越性.     

Lattice Boltzmann模型在CFD中应用

近年来,格子Boltzmann方法(LBM)已发展为一种模拟流体和物理问题的新颖的、有前景的数值方法,在许多领域的各种数值问题求解上取得很大的成功.文章介绍了一种模拟复杂流动的高效建模数值算法Lattice Boltzmann方法,和它的基本原理及其应用.并通过两个实例数值模拟计算,说明Lattice Boltzmann方法正确、有效,并展示了广阔的应用前景,为今后更深入的研究和广泛应用打下基础.