极坐标系下的Legendre谱元方法求解Poisson-型方程

r=0处的坐标奇异性是求解极坐标下Poisson-型方程的关键。本文提出一种极坐标系下基于Galerkin变分的Legendre谱元方法用于求解圆形区域内的Poisson-型方程,物理区域的径向和周向划分若干单元,计算单元均采用Legendre多项式展开;圆心所在单元的径向使用LGR(Legendre Gauss Radau)积分点,其他单元径向使用LGL(Legendre Gauss Lobatto)积分点,从而避免了极点处1/r坐标奇异性,周向单元均采用LGL积分点。利用区域分解技术,可以避免节点在极点附近聚集;最后求解了多个Dirichlet或Neumann边界条件下的Poisson-型方程算例。数值结果表明,谱元方法具有很高的精度。     

基于Picard迭代的PN×PN-2谱元法求解定常不可压缩Navier-Stokes方程

该文给出了一种求解二维定常不可压缩Navier-Stokes方程的基于Picard线性化迭代的P_N×P_N-2谱元法.通过Picard线性化将不可压缩Navier-Stokes方程的求解转化为一系列线性的Stokes-type方程,再利用非交错网格的P_N×P_N-2谱元法计算每个迭代步的Stokes-type方程.为了消除伪压力模,压力离散比速度离散低两阶,非交错网格的应用使得方程的离散方便且不会带来相应的插值误差,从而保证了谱精度.通过此方法数值计算了有精确解的Stokes流动、Kovasznay流动和方腔顶盖驱动流,结果表明,迭代收敛非常快,误差收敛达到了谱精度收敛,并且避免了压力震荡的出现,表明了该文方法准确可靠.     

极坐标系下Fourier-Legendre谱元方法与有限差分法数值扩散的比较

提出一种Fourier-Legendre谱元方法用于求解极坐标系下的Navier-Stokes方程,其中极点所在单元的径向采用Gauss-Radau积分点,避免了r=0处的1/r坐标奇异性。时间离散采用时间分裂法,引入数值同位素模型跟踪同位素的输运过程验证数值模拟的精度,分别利用谱元法和有限差分法的迎风差分格式求解匀速和加速坩埚旋转流动中的同位素方程。计算结果表明,有限差分法中的一阶迎风差分格式存在严重的数值假扩散,二阶迎风差分格式的数值结果较精确,增加节点可以有效地缓解数值扩散。然而,谱元法具有以较少节点得到高精度解的优势。