非定常对流扩散方程的高精度多重网格方法

由已有的求解定常对流扩散方程的高阶紧致差分格式出发,直接推导出了数值求解非定常对流扩散方程的一种高阶隐式紧致差分格式,其时间为二阶精度,空间为四阶精度,并且是无条件稳定的。为了加快传统迭代法在求解隐格式时在每一个时间步上的迭代收敛速度,采用了多重网格加速技术。数值实验结果验证了本文方法的高阶精度、高效性及高稳定性。     

求解对流扩散方程的紧致修正方法

提出了求解对流扩散方程的紧致修正方法,该方法是在低阶离散格式的源项中,引入紧致修正项,从而构造高阶紧致修正格式,并进行求解.采用紧致修正方法对典型的对流扩散方程进行计算.结果表明,紧致修正方法虽然与二阶经典差分方法建立在相同的结点数上,但紧致修正方法的精度与紧致方法的精度相同,均具有四阶精度.所以紧致修正方法可以在少网...     

三维对流扩散方程非等距网格上的四阶紧致格式及其多重网格方法

提出了数值求解三维变系数对流扩散方程非等距网格上的四阶精度19点紧致差分格式,为了提高求解效率,采用多重网格方法求解高精度格式所形成的大型代数方程组。数值实验结果表明本文方法对于不同的网格雷诺数问题,在精确性、稳定性和减少计算工作量方面均明显优于7点中心差分格式。     

基于中心差分的对流扩散方程四阶紧凑格式

在经典中心差分格式的基础上,提出对流扩散方程的四阶紧凑差分格式。具体方法是,先就一维情形,将中心差分格式改造为不受网格Reynolds数限制的恒稳二阶格式,再在不增加相关网格点的前提下,通过格式中对流系数和源项的摄动处理,使稳格式的精度提高至四阶。本文并作一、二、三维流动模型方程及高Rayleigh数自然对流传热问题的数值求解,例示本文格式的优良性态。     

求解Navier-Stokes方程组的组合紧致迎风格式

给出一种新的至少有四阶精度的组合紧致迎风(CCU)格式,该格式有较高的逼近解率,利用该组合迎风格式,提出一种新的适合于在交错网格系统下求解Navier-Stokes方程组的高精度紧致差分投影算法.用组合紧致迎风格式离散对流项,粘性项、压力梯度项以及压力Poisson方程均采用四阶对称型紧致差分格式逼近,算法的整体精度不低于四阶.通过对Taylor涡列、对流占优扩散问题和双周期双剪切层流动问题的计算表明,该算法适合于对复杂流体流动问题的数值模拟.     

基于气动声学问题的高阶非线性紧致格式

文章基于线性中心紧致差分格式, 通过非线性加权插值的方法来求解网格中心处的函数值.这类格式保持了原有中心紧致差分格式的高阶精度和低耗散特性, 同时其分辨率也非常高, 由于其非线性插值的机制, 使得这类格式能够捕捉强激波, 所以这类新的高阶非线性紧致格式是一种较好的模拟湍流和气动声学等多尺度问题的方法.      

构造定常对流扩散方程高精度紧致差分格式的新方法

以一维定常对流扩散方程的高精度差分格式为基础，提出了一种构造二维定常对扩散方程高精度紧致差分格式的新方法，并给出数值例子。     

对流扩散问题的高精度交替组分八点格式

给出对流扩散方程的一种高精度交替分组8点格式,可以用于并行计算,且无条件稳定.数值实验证实此格式具有高阶精度.     

基于SIMPLE的紧致方法

通过泰勒展式系数匹配的方法发展了基于非等距网格的有限容积紧致格式,采用延迟修正的方法建立了基于SIMPLE的紧致方法,,该方法能够得到高精度的数值解,增加迭代求解代数方程组的稳定性。对底部加热的方腔内自然对流换热问题进行数值模拟,结果表明,紧致方法比二阶中心差分方法具有更高的精度。     

任意马赫数非定常流动数值模拟的统一算法

发展适用于从低速到高速任意马赫数非定常流动数值模拟的统一算法.通过引入一个伪时间导数项和一个新的预处理矩阵,得到双时间非定常预处理可压缩Navier-Stokes方程.方程的对流项采用三阶Roe通量近似差分格式离散,粘性项采用二阶中心差分格式离散.基于数值通量的线性化技术,实现伪时间步的隐式ADI-LU格式迭代,进而获得物理时间步的二阶推进精度.重点以低马赫数流动为例,求解了圆柱绕流和NACA0015翼型等速上仰动态失速问题.计算结果表明该统一算法能够较好地模拟低马赫数乃至任意马赫数非定常流动.     

基于DCS5格式的LDDRK算法

基于五阶线性耗散紧致格式(DCS5)和七级龙格原库塔时间积分算法,根据数值增长因子对精确增长因子的最佳逼近原则,提出与DCS5格式耗散性相适应的优化方法,并得到相应的七级五阶低耗散低色散龙格原库塔(LDDRK)算法.求解标量线性对流方程和线化Euler方程得到的一维波传播问题的数值结果显示,七级五阶LDDRK算法的精度优于七级七阶精度的标准龙格原库塔算法.     

输油管道油流静电带电数值计算

对输油管道内油品流动带电问题的数值计算进行了研究.紊流条件下的电荷输运方程是一个对流占优的对流扩散反应方程,采用算子分裂法,将该方程分解为纯对流方程、纯扩散方程和纯反应方程,分别采用特征线法和差分法求解.算例证明,该方法能准确描述管道内电荷分布,因而提供了一种获取冲流电流的可靠方法.     

Compact finite difference method for the fractional diffusion equation

High-order compact finite difference scheme for solving one-dimensional fractional diffusion equation is considered in this paper. After approximating the second-order derivative with respect to space by the compact finite difference, we use the Grünwald–Letnikov discretization of the Riemann–Liouville derivative to obtain a fully discrete implicit scheme. We analyze the local truncation error and discuss the stability using the Fourier method, then we prove that the compact finite difference scheme converges with the spatial accuracy of fourth order using matrix analysis. Numerical results are provided to verify the accuracy and efficiency of the proposed algorithm.     

Multigrid method based on the transformation-free HOC scheme on nonuniform grids for 2D convection diffusion problems

In this paper, a multigrid method based on the high order compact (HOC) difference scheme on nonuniform grids, which has been proposed by Kalita et al. [J.C. Kalita, A.K. Dass, D.C. Dalal, A transformation-free HOC scheme for steady convection–diffusion on non-uniform grids, Int. J. Numer. Methods Fluids 44 (2004) 33–53], is proposed to solve the two-dimensional (2D) convection diffusion equation. The HOC scheme is not involved in any grid transformation to map the nonuniform grids to uniform grids, consequently, the multigrid method is brand-new for solving the discrete system arising from the difference equation on nonuniform grids. The corresponding multigrid projection and interpolation operators are constructed by the area ratio. Some boundary layer and local singularity problems are used to demonstrate the superiority of the present method. Numerical results show that the multigrid method with the HOC scheme on nonuniform grids almost gets as equally efficient convergence rate as on uniform grids and the computed solution on nonuniform grids retains fourth order accuracy while on uniform grids just gets very poor solution for very steep boundary layer or high local singularity problems. The present method is also applied to solve the 2D incompressible Navier–Stokes equations using the stream function–vorticity formulation and the numerical solutions of the lid-driven cavity flow problem are obtained and compared with solutions available in the literature.     

统一的对流扩散型可压缩流体力学方程与解法

流体力学的动量方程、能量方程、湍动能方程和耗散方程都具有对流扩散方程的形式,但连续方程却不是对流扩散型的。对于可压缩问题,本文通过合理的数学推导,不作任何近似、假定与简化,得到一个全新的连续方程形式．该连续方程以压力为未知变量,并具有对流扩散型形式,使得所有的流体动力学方程组都具有完全统一的方程形式,给出了这种三维对流扩散方程组的有限精确差分计算格式。对流体力学的进一步发展具有一定意义．     

二维对流反应方程的高精度多重网格方法

利用一阶偏导数项的四阶紧致差分算子,直接推导出了数值求解二维对流反应方程的一种新的高精度紧致差分格式。为了提高差分方程的求解效率,采用多重网格加速技术,建立了与之相适应的多重网格V循环算法。数值实验结果验证了本文方法的精确性和可靠性。     

求解不可压Navier-Stokes方程的一种新方法

以方腔自然对流问题为例阐述了数值求解不可压Navier-Stokes方程的新方法．该方法将四阶紧致差分格式(FCDS)和具有并行性的交替组显(AGE)迭代方法相结合；兼顾了稳定性，计算精度及并行性能．针对不同的Raleigh数和Prandtl数，对方腔内稳态自然对流进行了数值模拟，并将数值结果同前人结果进行了比较．     

A 5th order monotonicity-preserving upwind compact difference scheme

Based on an upwind compact difference scheme and the idea of monotonicity-preserving, a 5th order monotonicity-preserving upwind compact difference scheme (m-UCD5) is proposed. The new difference scheme not only retains the advantage of good resolution of high wave number but also avoids the Gibbs phenomenon of the original upwind compact difference scheme. Compared with the classical 5th order WENO difference scheme, the new difference scheme is simpler and small in diffusion and computation load. By emplo...