时域自适应精细算法求解对流热传导问题

应用时域自适应精细算法求解对流传热问题.通过展开技术,可更准确地描述变量随时间的变化,同时将时空耦合的初边值问题转化为一系列的空间边值问题,并采用有限元方法递推求解.自适应技术可弥补时间步长不同时可能造成的计算精度损失.并进行了数值检验.     

电磁内爆X射线数值计算

 叙述一维辐射磁流体力学方程组（三温）的数值模拟,用于电磁内爆X射线计算。动量方程、三温方程组采用分裂法求解,以克服强耦合非线性可能引起的数值不稳定性。采用隐式差分格式避免小时间步长限制。隐式格式采用Newton-Raphson法迭代求解。使用了分层网格、加权平均,迭代初值公式,自动调整时间步长,奇点处理等特殊处理方法。最后给出Pegasus l装置一个实验模型的计算结果,获得15 J的X射线能量,峰值功率为16 GW。     

磁场与流场耦合问题中Newton-Laphson方法的收敛性分析(英文)

针对磁场与流场耦合问题的数值分析,提出并证明求解离散化过程所得到的非线性方程组牛顿-拉夫逊方法的-类局部收敛性条件.这-条件不仅给出了时间步长与空间步长、拟压缩因子等之间的关系,而且为数值求解磁场与流场耦合问题的牛顿-拉夫逊方法收敛性提供了理论依据.数值算例表明时间步长的实际取值要比理论值偏大.     

地球外核热对流运动的区域分解多重网格并行数值模拟

旋转球层中热对流运动的数值模拟是地球发电机模型的重要组成部分,对研究地球发电机作用机理具有重要意义.本文设计一个基于国产超级计算平台并行性能良好的地球外核热对流运动并行数值模型.时间积分方案采用与Crank-Nicolson格式和二阶Adams-Bashford公式相结合的近似分解分步法,空间离散基于立方球网格的二阶精度有限体积格式.所得到的两个大规模稀疏线性代数方程组采用带预处理的Krylov子空间迭代法进行求解.为加速迭代求解过程及提高并行性能,迭代过程采用区域分解多重网格的多层限制型加法Schwarz预处理子,减少了求解程序的计算时间,提高了数值模型的并行性能,模型被很好地扩展到上万处理器核数.数值模拟结果与基准模型算例0的参考值吻合得很好.     

基于时域自适应精细算法的插值型无单元Galerkin法及其在弹性动力学中的应用

将插值型无单元Galerkin法与时域自适应精细算法相结合,提出一种求解弹性动力学问题的方法。通过时域分段展开,将时空耦合的初边值问题转换为一系列的空间边值问题,进而采用加权残值法推导递推形式的插值型无单元Galerkin法求解方程。该方法不仅能方便地直接施加本质边界条件,并且可以避免时间步长较大造成的精度损失。数值算例给出的结果验证了该方法的有效性。     

耦合的van der Pol振子的极限环幅值控制

设计反馈控制器，对一类耦合的van der Pol振子的极限环幅值进行控制. 用近似解析方法求出了控制系统的幅值的控制方程, 得到了控制参数与极限环幅值的函数关系, 使系统的振幅能按需求得到有效地调整. 通过数值计算绘制了在不同控制参数下, 系统响应的时间历程曲线和极限环. 近似解析方法计算得到的结果与数值计算进行了比较，两者是符合的. 这一方法也可以推广应用到其他耦合的van der Pol振子.     

辐射扩散计算方法若干研究进展

辐射流体力学研究辐射的传输对流体运动的影响,并在此条件下研究流体的运动规律.实际应用问题中辐射流体力学所描述的是非常复杂的物理过程,数值模拟是主要的研究手段之一.模拟通常采用流体计算和辐射计算分裂求解的方法.讨论求解辐射扩散方程时迫切需要解决的一些计算方法问题,包括大变形网格上扩散计算格式与非线性迭代方法,并简要介绍部分研究进展.     

低速湍流模拟的预处理技术研究

本文开展低速湍流的预处理技术研究. 该预处理技术采用守恒型变量及主控方程与湍流方程相耦合的隐式求解方法, 并为确保迭代求解稳定性, 发展了合理的参考马赫数定义、双时间步无矩阵方法迭代求解形式以及湍流源项隐式处理方法等, 从而真正实现全速湍流软件平台统一形式. 在喷管、翼型和方柱等低速湍流数值模拟中, 本文方法正确刻画了流场结构特征, 计算与理论、实验等相关结果符合较好, 具有很强的迭代收敛性和结果精度.     

流动/运动松耦合与紧耦合计算方法及稳定性分析

为了更加精确地模拟流动/运动耦合问题, 建立了耦合动态混合网格生成非定常流场计算和六自由度运动方程求解的一体化计算方法, 并在统一框架内同时实现了松耦合与紧耦合方法.通过圆柱涡致自激振荡(vortex induced vibration, VIV)的模拟, 对不同时间精度的松耦合和紧耦合算法的优劣及适用范围进行了评估和分析; 通过引入附加质量的概念, 对耦合算法的稳定性进行了理论分析.研究表明:在流体的密度与物体的密度接近时, 松耦合方法是不稳定的, 必须采用紧耦合方法.最后利用耦合算法对二维鱼体的自主游动和钝锥三自由度自由飞过程进行了数值模拟, 证实了理论分析的结论.      

任意正多边形量子环自旋输运的普遍解

在有关偶数正多边形量子环对称连接特殊情形的自旋输运特性的研究基础上,进一步探讨了任意正多边形量子环的自旋输运性质.不仅解析地求解了相关电子散射问题,而且得到了 Landauer-Buttiker 电导的普遍公式,并讨论了它的圆环极限和 Aharonov-Casher 相位问题.结合数值计算,研究了正多边形量子环的Landauer-Buttiker 电导随多边形边数、引线连接方式、自旋轨道耦合强度以及电子波矢的周期变化特性和零点分布规律.     

A numerical method for the solution of the bidomain equations in cardiac tissue

A numerical scheme for efficient integration of the bidomain model of action potential propagation in cardiac tissue is presented. The scheme is a mixed implicit-explicit scheme with no stability time step restrictions and requires that only linear systems of equations be solved at each time step. The method is faster than a fully explicit scheme and there is no increase in algorithmic complexity to use this method instead of a fully explicit method. The speedup factor depends on the timestep size, which can be set solely on the basis of the demands for accuracy. (c) 1998 American Institute of Physics.     

Time domain finite volume method for the transient response and natural characteristics of structural-acoustic coupling in an enclosed cavity

A time domain finite volume method（TDFVM）based on wave theory is developed to analyze the transient response and natural characteristics of structural-acoustic coupling problems in an enclosed cavity.In the present method,the elastic dynamic equations and acoustic equation in heterogeneous medium are solved in solid domains and fluid domains respectively.The structural-acoustic coupling is implemented according to the continuity condition of the particle velocity along the normal direction and the normal traction equilibrium condition on the interface.Several numerical examples are presented to validate the effectiveness and accuracy of the present TDFVM.Then the effects of water depth on the acoustic and vibration characteristics and the natural characteristics of a structural-acoustic coupling system are analyzed.The numerical results show that the increase of water depth leads to a stronger coupling between the water and structure and the decrease of natural frequencies of coupling system,The computational cost and memory of this method are small and it can be applicable to structural-acoustic coupling problems in the heterogeneous fluid.     

封闭声腔的结构-声耦合的瞬态响应及固有特性分析的时域有限体积法

基于波动理论,采用时域有限体积法(TDFVM)研究封闭声腔结构-声耦合问题的瞬态响应及固有特性。该方法在结构与流体区域分别求解结构动力学方程与非均匀介质中的声波动方程,根据流固分界面上的力平衡与质点振速连续条件实现结构-声耦合。通过数值算例验证方法的正确性和精确性,在此基础上研究封闭声腔结构与空气耦合的瞬态响应及固有特性,分析水深变化对耦合系统声振特性和固有特性的影响。结果表明,随着水深的增加,结构与水的耦合会更加强烈,导致耦合系统的特征频率降低,同时空气腔深度的减小,导致声腔的部分固有频率增加。该法对计算机内存要求低,且可以考虑含有非均匀流体的结构-声耦合。      

Application of Backward Differentiation Formulas to Neutron Kinetics Problems

The neutron kinetics equations belong to the class of stiff equations for numerical time integration schemes. In this work, the accuracy and speed of algorithms based on backward differentiation formulas (BDFs) are studied with regard to point and spatial neutron kinetics problems. Using a BDF algorithm with the automatic selection of time step and order, solutions to a number of model problems with both a positive and negative reactivity insertion are analyzed. Plots of numerical cost dependences on local and global errors are presented. The results indicate that algorithms based on BDFs are highly efficient and that their application to nuclear reactor simulation is justified.     

On flow unsteadiness induced by structural vibration

In this paper, the effects of structural vibration on flow unsteadiness are investigated numerically. A fully coupled model, that solves the unsteady flow equations as well as the dynamic equations of the structure, is used. Numerical experiments are carried-out for flow over a backward-facing step, where a large number of numerical and experimental data exist for comparisons. The flexible structure is upstream of the step and is excited by a plane acoustic wave from the side opposite to the flow. Three Reynolds number cases are studied: 300 for a laminar flow, 3000 for a transitional flow and 15 000 for a turbulent flow. The results obtained are in good agreement with experimental observations and show the strong coupling between structural vibration and the resulting flow unsteadiness.     

辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中,这两类方程的耦合源项表现出强刚性,使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项,我们给出一种基于电子温度变化规律拟设（ansatz）的积分算法,其时间步长不受刚性源项限制,从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时,算法确保给出具有物理意义的解,数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.     

点堆中子动力学方程组曲率权重法的解

针对核反应堆安全工程对某些数值计算结果要求较高的精度和正的误差, 以及舰船核反应堆机动性对计算速度的要求, 需要从数学上寻找一种新的数值计算方法, 以满足实际曲线向上凸或向下凹时计算值总是略高于真实值, 且误差不大于欧拉法和改进的欧拉法所得值. 本文研究曲率权重法求解点堆中子动力学方程组, 该方法是在曲率圆法的基础上引入权重的思想来衡量间隔步长上两个曲率对该步长曲率平均值的贡献. 与欧拉法和改进的欧拉法比较, 曲率权重法的计算结果总是能够高于真实值或有正的误差, 且精度和计算速度得到明显提升. 将该方法用于次临界堆阶跃和线性引入反应性时中子密度的求解, 能够快速得到满足计算要求和高精度的数值结果.     

An adaptive multiresolution scheme with local time stepping for evolutionary PDEs

We present a fully adaptive numerical scheme for evolutionary PDEs in Cartesian geometry based on a second-order finite volume discretization. A multiresolution strategy allows local grid refinement while controlling the approximation error in space. For time discretization we use an explicit Runge–Kutta scheme of second-order with a scale-dependent time step. On the finest scale the size of the time step is imposed by the stability condition of the explicit scheme. On larger scales, the time step can be increased without violating the stability requirement of the explicit scheme. The implementation uses a dynamic tree data structure. Numerical validations for test problems in one space dimension demonstrate the efficiency and accuracy of the local time-stepping scheme with respect to both multiresolution scheme with global time stepping and finite volume scheme on a regular grid. Fully adaptive three-dimensional computations for reaction–diffusion equations illustrate the additional speed-up of the local time stepping for a thermo-diffusive flame instability.     

基于交互模式的柔性体接触碰撞动力学建模方法

目前对于任意形状的柔性体接触碰撞问题,一般采用有限元离散,通用的建模方法有两类:罚函数法和附加约束法.罚函数法将接触作用视为弹簧阻尼力元,无需求解约束方程,但依赖于碰撞力参数的选取;附加约束法可严格满足接触约束条件,但数值求解更为复杂.针对两类接触模型各自的优缺点,提出基于交互模式的建模方法.该方法将整个模型分为局部静力学模块和主体动力学模块,在每个积分步内,局部静力学模块求解接触力,主体动力学模块求解运动学变量,两个模型之间进行位移和力的交互.该方法综合了附加约束法和罚函数法各自的优点,既无需人为选取碰撞参数,又满足局部区域互不嵌入的约束条件,同时数值求解方便.通过杆-板碰撞的实验算例及滑块-滑槽多点碰撞的数值算例,验证了该方法的有效性.