自适应结构网格上扩散方程隐式时间积分算法及其应用

提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表明,相对于一致加密情形,本文算法能够在保持相同计算精度的前提下,大幅度降低网格规模和计算量,且具有低复杂度.将算法应用于辐射流体力学数值模拟中非线性扩散方程组求解,相对于一致加密网格,SAMR计算将计算量下降一个量级以上,计算效率提高33.2倍.     

非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法

讨论非结构网格上温度扩散方程的能流计算方法.应用有限点方法(Finite Point Method,简称FPM)导出基于有限点两点公式和三点公式的能流计算公式,该公式适用于任意多边形及非匹配网格等非结构网格;给出网格角点温度新的计算公式.数值试验表明:基于两点公式的离散解和基于三点公式的离散解均具有平方阶的收敛速度;基于三点公式的离散解的精度总优于基于两点公式的离散解.     

三维非匹配网格上的扩散方程数值求解

将子网格剖分的支撑算子方法,拓展应用于三维非匹配网格上的扩散方程求解.算例表明该方法在正交非匹配网格上能够精确获得线性解;在一般非匹配网格上可以达到二阶精度;在求解曲面网格和节点不共面网格时,精度比平面近似的方法要高,也可以达到2阶精度,同时也适合求解含有物质界面的混合介质网格.     

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。     

二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解

针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性.     

Euler及N-S方程的二维四边形/叉树混合网格自适应算法

描述了一种基于直角叉树网格的Euler和N-S方程自适应算法.由于考虑了粘性的作用,提出并使用了四边形叉树混合网格的方法,在几何表面附近生成贴体的四边形网格,外流场使用直角叉树网格.采用中心有限体积法,对Euler及N-S方程进行数值求解,对N-S方程的计算中加入了B-L代数湍流模型.在流场中,运用了网格自适应算法,提高了数值计算对激波、流动分离等特性的捕捉和分辨能力.采用上述方法,数值分析了单段和多段翼型的绕流问题.     

求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法

在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性.     

基于大规模并行计算的三维多群中子扩散方程有限差分方法

三维多群中子扩散方程的精确、高效求解是核动力堆芯设计及燃料管理的基础。应用有限差分方法求解该方程具有简便、精确、成熟的优点;然而,该方法的计算量和存储量均较大,极大地限制了它的计算规模和应用范围。本文基于大规模并行计算,研究三维多群中子扩散方程有限差分方法:采用中心有限差分格式离散中子扩散方程;基于MPI并行编程模型,采用空间区域分解的方式实现大规模并行计算;采用多群多区域耦合PGMRES算法进行并行加速。在集群服务器上开发了ParaFiDi程序,并采用IAEA3D,PHWR等多个基准题对该程序进行验证。数值结果表明,ParaFiDi程序具有较高的计算精度和计算效率。     

扩散方程的守恒型并行计算格式

辐射流体力学实际问题计算中扩散方程的计算量极大,必须采用并行计算.研究易于在并行机上实施的高效的并行计算方法,通过采用预估修正等多种方式,构造和发展既保持隐式格式的守恒性、同时能保持所需精度与无条件稳定性的并行计算格式,以满足大规模数值求解辐射流体力学问题的需求.     

A Positivity-Preserving Finite Volume Scheme for Nonequilibrium Radiation Diffusion Equations on Distorted Meshes

In this paper, we propose a new positivity-preserving finite volume scheme with fixed stencils for the nonequilibrium radiation diffusion equations on distorted meshes. This scheme is used to simulate the equations on meshes with both the cell-centered and cell-vertex unknowns. The cell-centered unknowns are the primary unknowns, and the element vertex unknowns are taken as the auxiliary unknowns, which can be calculated by interpolation algorithm. With the nonlinear two-point flux approximation, the interpolation algorithm is not required to be positivity-preserving. Besides, the scheme has a fixed stencil and is locally conservative. The Anderson acceleration is used for the Picard method to solve the nonlinear systems efficiently. Several numerical results are also given to illustrate the efficiency and strong positivity-preserving quality of the scheme.     

辐射流体力学的分子动理学自适应加密方法(英文)

通过构造新的平衡分布函数和结合分区自适应网格加密方法,对不带扩散项的平衡辐射流体力学方程,构造二阶的分子动理学BGK-AMR格式.一方面在关心的计算区域中局部加密计算网格,提高计算精度的同时大大节省了计算网格数量和计算时间;另一方面,不同于已有的参数强耦合平衡分布函数,新构造的平衡分布函数中各参数不相互依赖,简化了辐射流体力学分子动理学格式的计算.一维和二维的数值算例显示了格式的性能.     

九点格式中网格边上切向流的计算——节点自适应加权格式

针对网格扭曲的不同情形,直接考虑网格边上切向流的离散.基于扩散方程法向流连续的条件,给出离散法向流的构造,导出扭曲网格上九点计算格式中网格边上离散切向流的表达式,从而推导出加权系数的计算公式,适应于各种扭曲的网格.数值结果表明,与九点格式中节点量简单加权的方法相比,基于网格边离散切向流的节点自适应加权九点格式的精度有明显改进,迭代求解次数减少,计算效率明显提高.     

不可压缩流的并行两水平稳定有限元算法

提出一种数值求解定常不可压缩Stokes方程的并行两水平Grad-div稳定有限元算法。首先在粗网格中求解Grad-div稳定化的全局解, 再在相互重叠的细网格子区域上并行纠正。通过对稳定化参数、粗细网格尺寸恰当的选取, 该方法可得到最优收敛率, 数值结果验证了算法的高效性。     

Two-Level Stabilized Finite Volume Methods for the Stationary Navier-Stokes Equations

In this work, two-level stabilized finite volume formulations for the 2D steady Navier-Stokes equations are considered. These methods are based on the local Gauss integration technique and the lowest equal-order finite element pair. Moreover, the two-level stabilized finite volume methods involve solving one small Navier-Stokes problem on a coarse mesh with mesh size $H$, a large general Stokes problem for the Simple and Oseen two-level stabilized finite volume methods on the fine mesh with mesh size $h$=$\mathcal{O}(H^2)$ or a large general Stokes equations for the Newton two-level stabilized finite volume method on a fine mesh with mesh size $h$=$\mathcal{O}(|\log h|^{1/2}H^3)$. These methods we studied provide an approximate solution $(\widetilde{u}_h^v,\widetilde{p}_h^v)$ with the convergence rate of same order as the standard stabilized finite volume method, which involve solving one large nonlinear problem on a fine mesh with mesh size $h$. Hence, our methods can save a large amount of computational time.     

基于节点重构的扩散方程有限体积格式

研究扭曲网格上扩散方程的九点格式.以经典的九点格式为基础,在通量连续条件下,构造出节点未知量一种新的计算方法,进而得到所希望的格式.分析及数值实验表明,在扭曲网格上,该格式对具有连续或间断扩散系数的问题能够保持较高的精度.     

一种分布式内存环境下的并行二分网格加密算法

给出了一个基于ALBERT(Adaptive multi-Level finite element toolbox using Bisection refinement and Error control by Residual Techniques)的并行二分网格加密算法.其目的是开发基于ALBERT的、适合于分布式内存计算机的并行自适应有限元软件包.首先给出了针对ALBERT的并行化策略,然后重点介绍并行网格加密算法,并证明了并行算法和原有串行算法在加密结果上完全等效.最后,数值实验证明该并行算法能有效地在分布式内存的计算机上执行.