隐-显积分因子间断Galerkin方法求解二维辐射扩散方程

提出一种求解二维非平衡辐射扩散方程的数值方法.空间离散上采用加权间断Galerkin有限元方法,其中数值流量的构造采用一种新的加权平均;时间离散上采用隐-显积分因子方法,将扩散系数线性化,然后用积分因子方法求解间断Galerkin方法离散后的非线性常微分方程组.数值试验中在非结构网格上求解了多介质的辐射扩散方程.结果表明:对于强非线性和强耦合的非线性扩散方程组,该方法是一种非常有效的数值算法.     

粒子输运方程的确定论计算方法

针对实际应用中辐射和中子输运数值模拟,讨论球一维和柱二维几何粒子输运方程确定论计算方法的研究现状,包括离散纵标、球谐函数、迭代加速、并行计算等方法.重点讨论输运计算方法所取得的若干研究进展,包括离散纵标求积组、自适应时间离散格式、本征值迭代求解方法、简化球谐函数方法、修正的子网格隅角平衡方法、灰体综合加速方法、迭代初值选取方法、输运与扩散耦合方法、基于预估校正的并行格式等.简要介绍了相关输运计算程序的研制情况,并分析输运计算方法存在的难点,提出待开展研究的内容.     

辐射流体力学的分子动理学自适应加密方法(英文)

通过构造新的平衡分布函数和结合分区自适应网格加密方法,对不带扩散项的平衡辐射流体力学方程,构造二阶的分子动理学BGK-AMR格式.一方面在关心的计算区域中局部加密计算网格,提高计算精度的同时大大节省了计算网格数量和计算时间;另一方面,不同于已有的参数强耦合平衡分布函数,新构造的平衡分布函数中各参数不相互依赖,简化了辐射流体力学分子动理学格式的计算.一维和二维的数值算例显示了格式的性能.     

有限差分法中的贴体坐标变换

分析了有限差分法曲线贴体坐标系下守恒型控制方程的推导过程,认为在离散条件下所采用的数学恒等式不成立,推断目前CFD广泛采用的齐次方程是原始Descartes直角坐标系下方程的近似,提出增加源项的非齐次方程作为离散等价方程.采用数值实验研究了源项,结论是大部分情况下源项不等于0,且对数值解的影响大于差分格式的截断误差,在分析了引起源项非0的原因和推导过程后,提出源项离散的相容性准则.利用坐标变换系数和守恒型方程对流通量的特性,建立了源项隐式计算的耦合算法,通过数值实验证明耦合算法有效消除了坐标变换引起的误差.      

求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法

在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性.     

一种求解流体力学方程组的自适应显式时间积分算法及其应用

针对交替方向显式离散格式,提出一个基于结构网格局部加密技术(SAMR)的求解流体力学方程组的自适应时间积分算法;基于该算法,在JASMIN框架上研制多介质流体力学并行自适应数值模拟程序;在512个处理器上模拟惯性约束聚变中的二维内爆模型.数值模拟结果和并行性能分析显示了算法的正确性和并行实现的高效率.     

非规则形状介质内辐射-导热耦合传热的间断有限元求解

采用间断有限元法(discontinuous finite element method,DFEM)求解非规则形状介质内的辐射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热问题的高精度数值结果.和传统连续型有限元方法不同,DFEM将计算区域划分成相互独立的离散单元,形函数的构造、未知量的加权近似以及控制方程的求解均在每一个离散单元上进行.通过在单元之间施加迎风格式的数值通量,DFEM保证了整个计算区域的连续性,因此这种方法兼具良好的几何灵活性和局部守恒性.推导了辐射传输方程和能量扩散方程的射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热的高精度数值结果.     

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.     

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.     

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.     

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.     

金属氧化物半导体场效应管长期辐射效应的数值模拟

将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述,入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程,并根据有限体积法得到控制方程的离散格式,方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明,耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟,其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。     

基于二阶离散变分方法的非线性映射参数估计

提出一种估计非线性映射未知参数的二阶离散变分方法.首先针对非线性离散混沌系统, 利用变分方法导出了伴随方程和目标泛函梯度, 以此为基础利用二阶离散变分方法给出了二阶伴随方程和精确计算Hessian矩阵-向量乘积的显式表达式; 其次设计了估计非线性映射未知参数的新算法, 并以此对Hyperhenón映射和二维抛物映射中的未知参数进行了精确的估计. 数值仿真结果表明了该方法的有效性和优点. 关键词： 非线性映射 参数估计 二阶离散变分方法 伴随方程     

梯度折射率介质瞬态辐射-导热耦合传热

多维辐射-导热耦合传热问题有广泛的应用背景。本文采用有限元法对辐射传递方程的离散坐标形式进行离散,并采用有限元法求解瞬态辐射-导热耦合能量方程,研究二维方腔半透明参与性梯度折射率介质内瞬态耦合传热,考虑第一类热边界条件,分析了折射率分布、衰减系数、散射反照率及散射相函数对对瞬态耦合传热的影响。结果表明,梯度折射率对瞬态耦合传热影响显著。     

反应流体的移动网格动理学格式

在移动网格上构造一种反应流的动理学格式.首先利用BGK模型推导含化学反应的流体力学方程组,并利用其积分形式构造移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度,最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.一维与二维的数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.     

扩散方程的有限方向差分方法

研究二维散乱点集上数值求解非线性扩散方程的有限方向差分方法。利用五个邻点信息构造具有最小模板的离散格式,并且离散系数具有显式表达式。另外,利用五点公式获得了间断问题物质界面的离散格式,该格式对界面流的计算具有近似二阶精度。不同计算区域及不同类型的离散点集上的计算结果验证了方法的有效性。     

一种求解三维热辐射输运方程的整体预处理迭代方法及并行计算

为三维灰体热辐射输运方程的隐式离散纵标方法发展一个整体预处理迭代方法并研制并行程序。该方法采用组装线性代数方程组策略,同时求出所有离散方向上的辐射强度。借助预处理的Krylov子空间迭代法,避免复杂网格上扫描算法可能遇到的死锁问题,能够提高健壮性和计算效率。空间离散上采用一阶迎风有限体积格式。数值实验测试变形六面体网格上的收敛率、评估预处理迭代方法的性能并计算辐射和物质的耦合问题,给出三维弯管和黑腔问题的模拟结果,验证程序的正确性和方法的适应性。     

振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟

利用流体力学方程的积分形式给出非结构移动网格上离散格式,利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度.对振动Naca0012翼型问题,分三种类型确定网格速度,再结合Riemann问题的解法器构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高效、高分辨率的特点.     

一种求解二维辐射流体力学方程组的显隐式格式

构造一种求解二维辐射流体力学方程组的有限体积方法。相较于Euler方程组,辐射流体力学方程组的数值格式设计更为困难。不仅辐射压力与辐射能量的强非线性增加了数值计算的难度,而且求解强激波问题也是一大难点。与此同时,物质量以声速传播,辐射量以光速传播也增加了该系统求解的难度。为了克服这些难点,我们使用MUSCL-Hancock方法求解模型的双曲部分,利用TR/BDF2的变换格式求解其扩散部分。给出了灰非平衡扩散模型关于时间的渐近分析。最后,通过数值实验展现该格式的表现。     

一种求解二维辐射流体力学方程组的显隐式格式（英文）

构造一种求解二维辐射流体力学方程组的有限体积方法。相较于Euler方程组,辐射流体力学方程组的数值格式设计更为困难。不仅辐射压力与辐射能量的强非线性增加了数值计算的难度,而且求解强激波问题也是一大难点。与此同时,物质量以声速传播,辐射量以光速传播也增加了该系统求解的难度。为了克服这些难点,我们使用MUSCL-Hancock方法求解模型的双曲部分,利用TR/BDF2的变换格式求解其扩散部分。给出了灰非平衡扩散模型关于时间的渐近分析。最后,通过数值实验展现该格式的表现。