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.     

非线性Schrdinger方程的直接间断Galerkin方法

讨论一维和二维非线性Schrdinger(NLS)方程的数值求解.基于扩散广义黎曼问题的数值流量,构造一种直接间断Galerkin方法(DDG)求解非线性Schrdinger方程.证明该方法L2稳定性,并说明DDG格式是一种守恒的数值格式.对一维NLS方程的计算表明,DDG格式能够模拟各种孤立子形态,而且可以保持长时间的高精度.二维NLS方程的数值结果显示该方法的高精度和捕捉大梯度的能力.     

A Direct Discontinuous Galerkin Method for Nonlinear Schr(o)dinger Equation

讨论一维和二维非线性Schr(o)dinger (NLS)方程的数值求解.基于扩散广义黎曼问题的数值流量,构造一种直接间断Galerkin方法(DDG)求解非线性Schr(o)dinger方程.证明该方法L2稳定性,并说明DDG格式是一种守恒的数值格式.对一维NLS方程的计算表明,DDG格式能够模拟各种孤立子形态,而且可以保持长时间的高精度.二维NLS方程的数值结果显示该方法的高精度和捕捉大梯度的能力.     

气液两相流的间断有限元模拟

基于非结构网格,给出模拟两相流的统一间断有限元框架.其中,不可压Navier-Stokes方程采用IPDG(Interior penalty discontinuous Galerkin)方法求解;Level Set方程采用RKDG(Runge-Kutta discontinuous Galerkin)方法求解.方腔驱动流在不同Re数时的数值结果验证了该方法在单相流动中的有效性.气泡上升过程的模拟结果表明:该方法避免了重新初始化,且计算量小、实施简单,可有效求解具有运动界面的不可压两相流问题.     

求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法

构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数,包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组,再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用,如孤立子的传播及相互碰撞等.     

球几何中子输运保正线性间断有限元格式

针对球几何中子输运方程线性间断有限元方法计算的负中子通量问题,构造了保正线性间断有限元格式,该格式保持中子角通量0阶矩和1阶矩。现有方法计算中子角通量非负时,采用传统的线性间断有限元方法,求解线性方程组;原方法计算出现负通量,则采用构造的保正格式,求解非线性方程组。编制了球几何中子输运问题保正格式程序模块,并集成到应用程序。数值算例表明构造的保正格式计算的中子通量非负,有效降低数值误差,提高数值计算的精度。     

基于广义交替数值通量的局部间断Galerkin方法求解二维波动方程

波的传播往往在复杂的地质结构中进行,如何有效地求解非均匀介质中的波动方程一直是研究的热点.本文将局部间断Galekin(local discontinuous Galerkin, LDG)方法引入到数值求解波动方程中.首先引入辅助变量,将二阶波动方程写成一阶偏微分方程组,然后对相应的线性化波动方程和伴随方程构造间断Galerkin格式;为了保证离散格式满足能量守恒,在单元边界上选取广义交替数值通量,理论证明该方法满足能量守恒性.在时间离散上,采用指数积分因子方法,为了提高计算效率,应用Krylov子空间方法近似指数矩阵与向量的乘积.数值实验中给出了带有精确解的算例,验证了LDG方法的数值精度和能量守恒性;此外,也考虑了非均匀介质和复杂计算区域的计算,结果表明LDG方法适合模拟具有复杂结构和多尺度结构介质中的传播.     

粒子输运方程的线性间断有限元方法

将空间线性间断有限元方法应用于动态粒子输运方程的求解.数值算例表明,空间线性间断有限元方法在网格边界的数值精度方面明显高于指数格式和菱形格式,并且通量在时间上的微分曲线相对光滑,避免了指数格式、菱形格式数值解的非物理振荡现象.     

间断有限元方法在弹尾超音速喷流计算中的应用

采用间断有限元方法对超音速无粘喷流流动进行数值模拟.将二维双曲守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,并就某导弹尾部超音速伴随射流进行数值计算.计算结果与实验照片反映的流动特征吻合较好,与高精度、高分辨率TVD格式的计算结果相比,间断有限元方法的计算结果在轴线反射点附近具有较高的分辨率,表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在激波阵面上不会产生振荡或抹平间断现象.     

自适应间断有限元方法求解三维欧拉方程

将龙格库塔间断有限元方法(RDDG)与自适应方法相结合,求解三维欧拉方程.区域剖分采用非结构四面体网格,依据数值解的变化采用自适应技术对网格进行局部加密或粗化,减少总体网格数目,提高计算效率.给出四种自适应策略并分析不同自适应策略的优缺点.数值算例表明方法的有效性.     

Direct discontinuous Galerkin method for the generalized Burgers—Fisher equation

In this study, we use the direct discontinuous Galerkin method to solve the generalized Burgers-Fisher equation. The method is based on the direct weak formulation of the Burgers-Fisher equation. The two adjacent cells are jointed by a numerical flux that includes the convection numerical flux and the diffusion numerical flux. We solve the ordinary differential equations arising in the direct Galerkin method by using the strong stability preserving Runge-Kutta method. Numerical results are compared with the exact solution and the other results to show the accuracy and reliability of the method.     

局部间断Petrov-Galerkin方法在大气污染模型中的应用

构造数值模拟两类大气污染模型的局部间断Petrov-Galerkin方法。首先通过变量代换将大气污染模型方程转化为与之等价的一阶微分方程组,再利用间断Petrov-Galerkin方法求解微分方程组。该方法既可以选取不同的检验函数和试探函数空间,又可以保持间断Petrov-Galerkin方法的优势。同局部间断有限元方法相比,该方法的计算公式较为简便,数值算例表明该方法具有三阶精度。与有限体积元方法相比,该方法具有较小的误差。本算法可为大气污染模型的数值模拟提供实用工具。     

高分辨率间断有限元方法

间断有限元方法是集高分辨率有限差分方法和有限体积方法的优点发展起来的一种数值方法,在计算流体动力学问题上显示了优良的效能.利用守恒问题给出间断有限元方法的基本概念和过程,利用简单算例给出该方法的精度分析和限制器对精度的影响,并给出浅水波问题、交通流问题和波传播问题的数值模拟结果,进一步,综合评介该方法在椭圆、抛物、对流扩散、Hamilton-Jacobi方程、Navier-Stokes方程等的实际应用进展.     

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。     

h-Multigrid for space-time discontinuous Galerkin discretizations of the compressible Navier–Stokes equations

Being implicit in time, the space-time discontinuous Galerkin discretization of the compressible Navier–Stokes equations requires the solution of a non-linear system of algebraic equations at each time-step. The overall performance, therefore, highly depends on the efficiency of the solver. In this article, we solve the system of algebraic equations with a h-multigrid method using explicit Runge–Kutta relaxation. Two-level Fourier analysis of this method for the scalar advection–diffusion equation shows convergence factors between 0.5 and 0.75. This motivates its application to the 3D compressible Navier–Stokes equations where numerical experiments show that the computational effort is significantly reduced, up to a factor 10 w.r.t. single-grid iterations.     

Solving coupled nonlinear Schrodinger equations via a direct discontinuous Galerkin method

In this work,we present the direct discontinuous Galerkin(DDG) method for the one-dimensional coupled nonlinear Schrdinger(CNLS) equation.We prove that the new discontinuous Galerkin method preserves the discrete mass conservations corresponding to the properties of the CNLS system.The ordinary differential equations obtained by the DDG space discretization is solved via a third-order stabilized Runge-Kutta method.Numerical experiments show that the new DDG scheme gives stable and less diffusive results and has excellent long-time numerical behaviors for the CNLS equations.