用物理黏性构建高阶不振荡对流扩散差分格式

利用数值摄动算法, 通过扩散格式数值摄动重构把对流扩散方程的2阶中心差分格式(2-CDS)重构为高精度高分辨率格式, 解析分析和模型方程计算证实了新格式的高精度不振荡性质. 新格式是把物理黏性使流动光滑化的扩散运动规律引入2-CDS 中的结果. 该法显然与构建高级离散格式的常见方法不同. 证实: 数值摄动重构中引入扩散运动规律的结果格式与引入对流运动规律(下游不影响上游的规律)的结果格式一致, 说明对离散方程的数值摄动运算, 在维持原格式结构形式不动的条件下, 不仅能提高格式精度和稳健性, 且可揭示对流离散运动规律与扩散离散运动规律之间的内在关联;同时证实, 文中提出和使用的上、下游分裂方法是构建高精度不振荡离散格式的一个有效方法.     

对流扩散方程的绝对稳定高阶中心差分格式

将作者提出的数值摄动算法改进为区分离散单元内上游和下游并分别对通量进行高精度重构的双重数值摄动算法,与原(单重)摄动算法相比,双重摄动算法既提高了格式精度又明显扩大了格式的稳定域范围.利用双重摄动算法,即分别利用上游和下游基点变量的摄动重构将高阶流体力学关系及迎风机制耦合进二阶中心格式之中,由此构建了对流扩散方程的对网格Reynolds数的任意值均稳定(绝对稳定)高精度(四阶和八阶精度)三基点中心TVD差分格式,通过解析分析以及3个算例计算证实了构建格式的优良性能;3个算例包括一维线性、非线性(Burgers方程)和二维变系数对流扩散方程.数值计算表明:构建的格式在粗网格下不振荡,构建格式在粗网格时的最大误差L_∞和均方误差L_2与二阶中心格式在细网格时的相应误差一致,对线性方程,构建格式在细网格下可达到L_2精度阶.     

数值摄动算法及其CFD格式

作者提出的数值摄动算法把流体动力学效应耦合进NS方程组和对流扩散（CD）方程离散的数学基本格式（MBS）,特别是耦合进最简单的MBS即一阶迎风和二阶中心格式之中,由此构建成一系列新格式,称呼方便和强调耦合流体动力学起见,称它们为流体力学基本格式（FMBS）。构建FMBS的主要步骤是把MBS中的通量摄动重构为步长的幂级数,利用空间分裂和导出的高阶流体动力学关系式,把结点变量展开成Taylor级数,通过消除重构格式修正微分方程的截断误差诸项求出幂级数的待定系数,由此获得非线性FMBS。FMBS的公式是MBS与 （及 ）之简单多项式的乘积, 和 分别是网格Reynolds数和网格CFL数。FMBS和MBS使用相同结点,简单性彼此相当,但FMBS精度高稳定范围大,例如FMBS包含了许多绝对稳定和绝对正型、高阶迎风和中心有限差分（FD）格式和有限体积（FV）格式,这些格式对网格Reynolds数的任意值均为不振荡格式。可见对不振荡CFD格式的构建,数值摄动算法提供了不同于调节数值耗散等常见的人为构建方法,而利用流体力学自身关系以及把迎风机制通过上、下游摄动重构引入中心MBS的解析构建方法,FMBS除了直接应用于流体计算外;对于通过调节数值耗散、色散和数值群速度特性重构高分辨率格式的研究,最简单FMBS提供了比最简单MBS更精确、但同样简单的基础和起步格式。FMBS用于计算不可压缩流,可压缩流,液滴萃取传质,微通道两相流等,均获得良好数值结果或与已有Benchmark解一致的数值结果。已有文献称数值摄动算法为新型高精度格式和高的算法和高的格式;本文FMBS比数值摄动格式的称呼可更好反映FMBS的物理内容。文中也讨论了值得进一步研究的一些课题,该法亦可用于其它一些数学物理方程（例如,简化Boltzmann方程、磁流体方程、KdV-Burgers方程等）MBS耦合物理动力学效应的重构。      

对流扩散方程的摄动有限体积(PFV)方法及讨论

在有限体积(FV)方法的重构近似中,引入数值摄动处理,即把界面数值通量摄动展开成网格间距的幂级数,并利用积分方程自身的性质求出幂级数的系数,同时获得高精度迎风和中心型摄动有限体积(PFV)格式.对标量输运方程给出积分近似为二阶、重构近似为二、三和四阶迎风和中心型PFV格式,这些PFV格式的结构形式及使用基点数与一阶迎风格式完全一致,迎风PFV格式满足对流有界准则;二阶和四阶中心PFV格式对网格Peclet数的任意值均为正型格式,比常用的二阶中心格式优越.用一维标量输运和方腔流动算例说明PFV格式的优良性能,并把PFV方法与性质相近的摄动有限差分(PFD)方法及相关的高精度方法作了对比分析.     

同位网格摄动有限体积格式求解浮力驱动方腔流

利用对流扩散方程的摄动有限体积格式，在Rayleigh数从10$^{3}$ 到10$^{8}$的范围内对浮力驱动方腔流动问题作了数值模拟. 对流扩散方程的摄动 有限体积格式具有一阶迎风格式的简洁形式，使用相同的基点，重构近似精度高，特别是两 相邻控制体中心到公共界面的距离相等或不相等，PFV格式公式相同等优点. 在数值模拟中， 无论均匀网格还是非均匀网格均获得与DSC方法、自适应有限元法、多重网格法等Benchmark 解相符较好的数值结果，证明UPFV格式对高Rayleigh数对流传热问题的适用性和有效性.     

THE GENERAL PROPERTIES OF THE SPHERICAL VORTICES（SV）OF n－TH ORDER AND THE CHAOTIC PHENOMENA AND OF THE ORDERED STRUCTURES OF THE SV OF 3RD ORDER

ＴＨＥＧＥＮＥＲＡＬＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦＴＨＥＳＰＨＥＲＩＣＡＬＶＯＲＴＩＣＥＳ（ＳＶ）ＯＦｎ－ＴＨＯＲＤＥＲＡＮＤＴＨＥＣＨＡＯＴＩＣＰＨＥＮＯＭＥＮＡＡＮＤＯＦＴＨＥＯＲＤＥＲＥＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＯＦＴＨＥＳＶＯＦ３ＲＤＯＲＤＥＲＳｈｉＣ...     

ELASTICITY SOLUTIONS OF SPHERICALLY ISOTROPIC CONES UNDER CONCENTRATED LOADS AT APEX

ＥＬＡＳＴＩＣＩＴＹＳＯＬＵＴＩＯＮＳＯＦＳＰＨＥＲＩＣＡＬＬＹＩＳＯＴＲＯＰＩＣＣＯＮＥＳＵＮＤＥＲＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＥＤＬＯＡＤＳＡＴＡＰＥＸＤｉｎｇＨａｏｊｉａｎｇ（丁皓江）；ＺｏｕＤａｏｑｉｎ（邹道勤）；ＲｅｎＹｏｎｇｊｉａｎ；（任永坚）（...     

DYNAMIC RESPONSE OF LAMINATED ORTHOTROPIC SPHERICAL SHELLSINCLUDING TRANSVERSE SHEAR DEFORMATION AND ROTATORY INERTIA

（杨宜谦）（马和中）（王俊奎）ＤＹＮＡＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＯＦＬＡＭＩＮＡＴＥＤＯＲＴＨＯＴＲＯＰＩＣＳＰＨＥＲＩＣＡＬＳＨＥＬＬＳＩＮＣＬＵＤＩＮＧＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＳＨＥＡＲＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＮＤＲＯＴＡＴＯＲＹＩＮＥＲＴＩＡ￥Ｙａｎｇ...     

一种求解反应扩散方程（组）的初边值问题的快速数值方法

本文提出了一种数值求解反应扩散方程（组）的快速差分方法。差分近似的总截断误差为Ｏ（△ｘ＾２，△ｔ＾２，（△ｔ／△ｘ）＾２）。相容性、稳定性分析表明此差分格式能够有效地抑制非线性项带来的刚性效应和短波不稳定性。对１维和２维的Ｆｉｔｚｈｕｇｈ－Ｎａｇｕｍｏ（ＦＨＮ）方程的数值模拟表明此方法具有计算速度快，稳定性好（△ｘ，△ｔ）的稳定区域较宽，晚皇在高维空间中推广等优点，是数值求解反应扩散方程较好的数值     

对流扩散方程的迎风变换及相应有限差分方法

本文提出所谓迎风变换,将对流扩散方程分解为对流迎风函数和扩散方程,并构造相应的有限差分格式。对流迎风函数以简明的指数解析形式反映对流扩散现象的迎风效应,原则上消除了源于不对称对流算子的困难,能够便利对流扩散方程的数值求解。有限差分格式具有二阶精度和无条件稳定性,算例表明其准确性、收敛速度及对边界层效应的适应能力均明显优于中心差分格式和迎风差分格式。     

Exponential dichotomies of nonlinear discrete systems and its application to numerical analysis and computation

In this pepar we consider the upwind difference scheme of a kind of boundary value problems for nonlinear, second order, ordinary differential equations. Singular perturbation method is applied to construct the asymptotic approximation of the solution to the upwind difference equation. Using the theory of exponential dichotomies we show that the solution of an order-reduced equation is a good approximation of the solution to the upwind difference equation except near boundaries. We construct correctors which yield asymptotic approximations by adding them to the solution of the order-reduced equation. Finally, some numerical examples are illustrated.     

数值仿真轴向运动黏弹性梁非线性参激振动

分别通过两种直接数值方法研究速度变化的经典边界条件下轴向运动黏弹性梁参数振动的稳定性。在控制方程的推导中,采用物质导数黏弹性本构关系和只对时间取偏导数的黏弹性本构关系;分别运用有限差分法和微分求积法对两种经典边界下轴向变速运动黏弹性梁的非线性控制方程求数值解,计算得到梁中点非线性参数振动的稳定稳态响应。数值结果表明,两种黏弹性本构关系对应的稳态响应存在明显差别,同时发现两种直接数值方法的仿真结果基本吻合,证明数值仿真具有较高精度。     

浅水方程组合型超紧致差分格式

提出一族组合型超紧致差分格式(CSCD),对CSCD的数值特性作了分析,并同其他中心型差分格式进行比较。从定性角度,得出同阶中心差分格式中,CSCD格式的截断误差系数最小的结论。从定量角度,利用Fou-rier分析方法分析了CSCD格式的分辨率,并同其他中心型差分格式比较,得出CSCD格式有较高的分辨率的结论。把10阶CSCD格式应用于KdV-Burgers方程和浅水方程的数值模拟,给出两个应用算例。数值实验表明CSCD格式不仅有理论上的高精度,而且有良好的稳定性和收敛性。     

A UNIFORMLY DIFFERENCE SCHEME OF SINGULAR PERTURBATION PROBLEM FOR A SEMILINEAR ORDINARY DIFFERENTIAL EQUATION WITH MIXED BOUNDARY VALUE CONDITION

ＡＵＮＩＦＯＲＭＬＹＤＩＦＦＥＲＥＮＣＥＳＣＨＥＭＥＯＦＳＩＮＧＵＬＡＲＰＥＲＴＵＲＢＡＴＩＯＮＰＲＯＢＬＥＭＦＯＲＡＳＥＭＩＬＩＮＥＡＲＯＲＤＩＮＡＲＹＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＥＱＵＡＴＩＯＮＷＩＴＨＭＩＸＥＤＢＯＵＮＤＡＲＹＶＡＬＵＥＣＯＮＤＩＴ...     

THE REMAINDER－EFFECT ANALYSIS OF FINITE DIFFERENCE SCHEMES AND THE APPLICATIONS

ＴＨＥＲＥＭＡＩＮＤＥＲ－ＥＦＦＥＣＴＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＦＩＮＩＴＥＤＩＦＦＥＲＥＮＣＥＳＣＨＥＭＥＳＡＮＤＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＬｉｕＲｕ－ｘｕｎ（刘儒勋）ＺｈｏｕＺｈａｏ－ｈｕｉ（周朝晖）（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭａｔｈ．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏ...     

A singular perturbation problem for periodic boundary partial differential equation

In this paper,we consider a singular perturbation elliptic-parabolic partial differentialequation for periodic boundary value problem,and construct a difference scheme.Using themethod of decomposing the singular term from its solution and combining an asymptoticexpansion of the equation,we prove that the scheme constructed by this paper convergesuniformly to the solution of its original problem with O(τ h~2).     

Reduced finite difference scheme and error estimates based on POD method for non-stationary Stokes equation

The proper orthogonal decomposition (POD) is a model reduction technique for the simulation of physical processes governed by partial differential equations (e.g.,fluid flows). It has been successfully used in the reduced-order modeling of complex systems. In this paper, the applications of the POD method are extended, i.e., the POD method is applied to a classical finite difference (FD) scheme for the non-stationary Stokes equation with a real practical applied background. A reduced FD scheme is established with lower dimensions and sufficiently high accuracy, and the error estimates are provided between the reduced and the classical FD solutions. Some numerical examples illustrate that the numerical results are consistent with theoretical conclusions. Moreover, it is shown that the reduced FD scheme based on the POD method is feasible and efficient in solving the FD scheme for the non-stationary Stokes equation.