非静力模式中三维网格的计算特性

在线性斜压非静力滞弹性方程组的基础上,从频率和群速方面讨论了10种三维网格的计算频散性,结果表明三维网格EL/CP、C/CP与Z/LZ计算频散性能较好.从而为非静力原始方程大气模式选取三维网格提供指导.     

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。     

三维定常问题的高阶紧致差分格式向非定常问题的推广

将已经建立的求解三维定常对流扩散方程的高阶紧致差分格式直接推广到三维非定常对流扩散方程的数值求解,时间导数项利用二阶向后欧拉差分公式,所得到的高阶隐式紧致差分格式时间为二阶精度,空间为四阶精度,并且是无条件稳定的.数值实验结果验证了本文方法的精确性和稳健性.     

强紧致六阶格式的构造及应用

本文在三点格式的框架下,构造了强紧致六阶格式。与目前计算流体力学和气动热力学中常用的数值计算格式相比,该格式所涉及的网格点数少,而且内点与边界点能达到相同精度。几个典型算例表明:该格式能达到预期的高精度,并且计算简单,方便,可行。     

基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法

探讨一种基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法(high-order compact-FDTD),该方法不仅提高计算精度,而且网格结点少、内存使用率和CPU时间大为降低.利用紧致格式FDTD方法实现无耗波导系统及光子晶体光纤中电磁波传播的数值模拟.通过计算实例验证算法的高效性.     

基于Voronoi网格的扩散方程差分格式

在Voronoi网格上利用一种基于回路积分法的有限体积法构造扩散方程的的差分格式.在这种特殊的网格上离散扩散方程比通常在四边形网格上离散的格式要简单,不会引进角点未知量,提高了对网格边上的流的离散精度,及差分格式整体精度.这种Voronoi网格上的扩散计算也可以与单元中心流体力学计算耦合.数值算例表明这种格式比四边形网格上的格式精度高,且能更好的应对网格扭曲情形.     

求解可压Navier-Stokes方程的对称超紧致差分格式及其并行算法

考查了超紧致差分方法,并将其精度同传统差分格式和紧致差分格式做了比较,结果显示超紧致方法具有良好求解效率.用分块流水线方法设计了超紧致差分格式的并行算法,进行数值实验及并行性能分析.     

气动计算中色散可控的迎风紧致格式

文中通过对修正方程色散项的耗散类比方法,指出该项在改善数值解中非物理振荡的重要作用,给出了一类依赖于三个自由参量的色散可控迎风紧致格式。通过这三个参量可控制耗散量的大小,也可控制色散量的大小及方向,并给出了一个具体的色散协调因子。文中给出的格式有着精度高、方法简单、计算量小和有着强的对激波的捕捉能力等优点。对二维激波反射问题进行了数值实验。计算结果非常令人满意。     

奇异退化扩散反应方程的高阶紧致差分及网格自适应方法

利用余项修正法建立奇异退化扩散反应方程非均匀网格上的高阶紧致差分式,其时间具有二阶精度,空间具有三阶至四阶精度. 利用等分布原理建立时间和空间的网格自适应方法.最后通过具有精确解的数值算例验证方法的可靠性和精确性,并研究一维爆破问题.     

二维半导体问题在复合网格上的有限差分格式

半导体器件的瞬时状态由3个方程组成的非线性偏微分方程组的初边值问题决定.依据实际数值模拟的需要,提出了一类二维半导体问题在时空局部加密复合网格上的有限差分形式,电场位势方程、电子和空穴浓度方程分别用五点差分格式和修正迎风格式近似,且在交界面上采用线性插值,并给出了电子和空穴浓度的最大模误差估计,最后给出了数值算例.     

耗散紧致格式的频谱特性研究与应用

采用Fourier分析方法,给出线性耗散紧致格式和基于m级Runge-Kutta时间积分方法的全离散格式的频谱特性,并应用五阶耗散紧致格式模拟典型高频波传播和超声速平面Couette流动的特征值问题及其稳定性边值问题,展示耗散紧致差分格式良好的频谱特性.     

基于熵条件二阶差分格式的嵌套网格分区算法

以带熵条件的二阶TVD格式为基本格式,设计了三维曲线坐标下的Euler方程数值计算方法.对多个物体使用分区嵌套网格设计了相应的分区算法.所建立的算法适用于处理物体相互分离以及相互接触的定常与非定常流动问题.给出了绕两圆柱的超声速流动在两圆柱处于不同位置时的详细结果,并模拟了装配鸭舵火箭弹在超声速旋转飞行时的气动特性.     

Richtmyer-Meshkov失稳的数值模拟

利用五阶迎风紧致差分格式加群速度控制方法对激波与轻气体柱形界面的干扰问题进行直接数值模拟,并研究了涡量的产生及其发展和界面的变形,分析了柱形界面的失稳过程,得知在线性发展阶段,重气体以恒定的速度进入到轻气体中,并形成尖钉结构;在非线性发展阶段,在尖钉头部的两侧形成一对旋转方向相反的涡结构.同时证实了激波与界面的相互干扰有助于增加混合.并将所得的数值解与实验结果进行了比较.     

Finite Difference Time Domain Analysis of Diffusion Equations with Nonuniform Grids for Time-Resolved Reflectance of an Optical Pulse in Three-Dimensional Scattering Medium

An integral form of diffusion equations and their finite difference time domain (FDTD) analysis have been formulated. The analysis is extended to FDTD analysis with nonuniform grids in three-dimensional (3-D) scattering medium. It has been confirmed that 600 time steps in calculation sequences of the time-resolved reflectance for 3-D medium 80 × 80 × 30 mm³ in volume is completed within 4 seconds by utilizing 2³ and 4³ mm³ nonuniform cubic grids, when a conventional personal computer with 3 GHz CPU clock is used. The conditions for keeping numerical accuracies comparable to those in 2³ mm³ uniform grids are made clear. The proposed analysis greatly reduces time to run and memory space in 3-D scattering medium numerical analysis.     

A Remark on the Courant-Friedrichs-Lewy Condition in Finite Difference Approach to PDE's

The Courant-Friedrichs-Lewy condition (The CFL condition) is appeared in the analysis of the finite difference method applied to linear hyperbolic partial differential equations. We give a remark on the CFL condition from a view point of stability, and we give some numerical experiments which show instability of numerical solutions even under the CFL condition. We give a mathematical model for rounding errors in order to explain the instability.     

水蒸气在竖直微细管外凝结传热特性研究

针对不同压力和不同流速下的饱和水蒸气在竖直微细圆管(内外径分别为0.571 mm和0.793 mm)外的凝结传热特性分别进行了实验研究,分析了蒸气压力和蒸气流速对凝结传热特性的影响。实验结果表明,凝结传热表面传热系数随着蒸气流速的增加而增加,在较高的蒸气压力下增加的更明显,且大于相同实验条件下的Nusselt理论分析解。在蒸气流速为2 m·s~(-1)时,凝结传热系数随压力的变化不大;在4 m·s~(-1)和6 m·s~(-1)时,随着蒸气压力的升高,凝结表面传热系数明显增大。