并行间断有限元算法求解Navier-Stokes方程

间断Galerkin有限元方法非常适合在非结构网格上高精度求解Navier-Stokes方程,然而其十分耗费计算资源.为了提高计算效率,提出了高效的MIMD并行算法.采用隐式时间离散GMRES+LU SGS格式,结合多重网格方法,当地时间步长加速算法收敛.为了保证各处理器间负载平衡,采用区域分解二级图方法划分网格,实现内存合理分配,数据只在相邻处理器间传递.数值模拟了RAE2822翼型和M6黏性绕流,加速比基本呈线性变化且接近理想值.结果表明了该算法能有效减少计算时间、合理分配内存,具有较高的加速比和并行效率,适合于MIMD粗粒度科学计算.     

定常Navier-Stokes方程的一种高效稳定有限元方法

提出了二维定常Navier-Stokes(N-S)方程的一种两层稳定有限元方法.该方法基于局部高斯积分技术,通过不满足inf-sup条件的低次等阶有限元对N-S方程进行有限元求解.该方法在粗网格上解定常N-S方程,在细网格上只需解一个Stokes方程.误差分析和数值试验都表明:两层稳定有限元方法与直接在细网格上采用的传统有限元方法得到的解具有同阶的收敛性,但两层稳定有限元方法节省了大量的工作时间.     

不可压缩流动的并行数值方法

不可压缩流动的数值模拟是计算流体力学的重要组成部分. 基于有限元离散方法, 本文设计了不可压缩Navier-Stokes (N-S)方程支配流的若干并行数值算法. 这些并行算法可归为两大类: 一类是基于两重网格离散方法, 首先在粗网格上求解非线性的N-S方程, 然后在细网格的子区域上并行求解线性化的残差方程, 以校正粗网格的解; 另一类是基于新型完全重叠型区域分解技巧, 每台处理器用一局部加密的全局多尺度网格计算所负责子区域的局部有限元解. 这些并行算法实现简单, 通信需求少, 具有良好的并行性能, 能获得与标准有限元方法相同收敛阶的有限元解. 理论分析和数值试验验证了并行算法的高效性     

求解二次Lagrangian有限元方程的代数两水平方法

基于矩阵图集的粗化算法,构造一种新的插值算子,提出了瀑布型代数两重网格法;然后结合部分几何信息,提出了求解二次Lagrangian有限元方程的代数两水平方法.数值实验表明该算法稳健性强、计算量更少.     

Navier-Stokes方程最优控制问题的一种非协调有限元局部稳定化方法

基于局部Gauss积分和梯形外推公式,速度/压力空间采用最低等阶非协调元NCP1-P1逼近,针对非定常Navier-Stokes方程最优控制问题,建立了一种全离散的非协调有限元局部稳定化格式.该格式绕开了inf-sup条件的束缚,且在每一时间步上,只需要做线性计算,减少了计算量.证明了该格式是无条件稳定的,给出了详细的误差分析.误差结果表明,该线性格式在时间上具有二阶精度.     

Navier-Stokes方程的最佳有限元非线性Galerkin算法

1．引言对于Navier－Stokes方程有限元数值求解方面的研究已有很多的文章和专著,多数是采用有限元Galerkin算法,例见文献[1-4]．然而,由于Navier-Stokes方程在大雷诺数时有其强的非线性性和对时间土的长期依赖性,用计算机求解Navier－Stokes方程在速度和容量方面是难以承受的．为了克服这些困难,最近人们提出了有限元非线性Galerkin算法,见文献卜8］,然而这种算法只是在某一有限时刻之后具有好的收敛速度,在初始时刻的某一区间不能达到好的收敛速度．本文应用Taylor展开技术导出了数值求解二维非定常Navier－Stokes方程的最佳…     

复杂边界旋转Navier-Stokes方程的几何方法及二度并行算法

本文提出了一种求解复杂边界旋转Navier-Stokes方程的微分几何方法及其二度并行算法.此方法可用于求解透平机械内部叶片间流动和飞行器外部绕流等复杂流动问题.假设流动区域可以用一系列光滑曲面■_k,k=1,2,…,K分割为一系列子区域(称作流层),通过应用微分几何的方法,三维N-S算子可以分解为两类算子之和:建立在曲面■_k切空间上"膜算子"和曲面■_k法线方向的"挠曲算子",将挠曲算子应用欧拉中心差商来逼近,由此得到建立在■_k上的"2D-3C"N-S方程.求解2D-3C N-S方程并且反复迭代直到收敛.我们得到"二度并行算法",它是2D-3C N-S方程并行算法与k方向的同时并行.这个算法的优点在于,(1)可以改进由于复杂边界造成的不规则三维网格引起的逼近解的精度;(2)为克服边界层的数值效应,在边界层内可以构造很密的流层,形成三维多尺度的网格,是一个很好的边界层算法;(3)这个方法不同于经典的区域分解算法,这里的每个子区域只需要求解一个"2D-3C"N-S方程,而经典区域分解方法要在每个子区域上求解三维问题.     

基于二重网格的定常Navier-Stokes方程的局部和并行有限元算法

对二维定常的不可压缩的Navier-Stokes方程的局部和并行算法进行了研究．给出的算法是多重网格和区域分解相结合的算法,它是基于两个有限元空间:粗网格上的函数空间和子区域的细网格上的函数空间．局部算法是在粗网格上求一个非线性问题,然后在细网格上求一个线性问题,并舍掉内部边界附近的误差相对较大的解．最后,基于局部算法,通过有重叠的区域分解而构造了并行算法,并且做了算法的误差分析,得到了比标准有限元方法更好的误差估计,也对算法做了数值试验,数值结果通过比较验证了本算法的高效性和合理性．     

非定常线性化Navier-Stokes方程的子格粘性非协调有限元方法

本文结合子格粘性法的思想,空间采用非协调Crouzeix-Raviart元逼近,时间采用Crank-Nicolson差分离散,对非定常线性化Navier-Stokes方程建立了全离散的子格粘性非协调有限元格式.对稳定性和误差估计作出了详细的分析, 得出了最优的误差估计.最后, 通过数值算例进一步验证了该方法的稳定性和收敛性.     

一类修正的Navier-Stokes方程的长时间性态

该文主要讨论,Rⁿ上一类修正的 Navier-Stokes 方程弱解的长时间性态, 通过进一步改进Fourier分解方法, 得到了当初速度u_0∈ L² ∩L¹时其弱解在L² 范数下的最优衰减率为 (1+t)^n/4 同时该文也给出了修正的Navier-Stokes 方程与经典Navier-Stokes 方程的误差估计.     

A TWO-LEVEL FINITE ELEMENT GALERKIN METHOD FOR THE NONSTATIONARY NAVIER-STOKES EQUATIONS II： TIME DISCRETIZATION

In this article we consider the fully discrete two-level finite element Galerkin method for the two-dimensional nonstationary incompressible Navier-Stokes equations. This method consists in dealing with the fully discrete nonlinear Navier-Stokes problem on a coarse mesh with width $H$ and the fully discrete linear generalized Stokes problem on a fine mesh with width $h << H$. Our results show that if we choose $H=O(h^{1/2}$) this method is as the same stability and convergence as the fully discrete standard finite element Galerkin method which needs dealing with the fully discrete nonlinear Navier-Stokes problem on a fine mesh with width $h$. However, our method is cheaper than the standard fully discrete finite element Galerkin method.     

A TWO-LEVEL FINITE ELEMENT GALERKIN METHOD FOR THE NONSTATIONARY NAVIER-STOKES EQUATIONS I： SPATIAL DISCRETIZATION

In this article we consider a two-level finite element Galerkin method using mixed finite elements for the two-dimensional nonstationary incompressible Navier-Stokes equations. The method yields a $H^1$-optimal velocity approximation and a $L_2$-optimal pressure approximation. The two-level finite element Galerkin method involves solving one small, nonlinear Navier-Stokes problem on the coarse mesh with mesh size $H$, one linear Stokes problem on the fine mesh with mesh size $h << H$. The algorithm we study produces an approximate solution with the optimal, asymptotic in $h$, accuracy.     

Navier-Stokes方程的局部投影稳定化方法

将Matthies,Skrzypacz和Tubiska的思想从线性的Oseen方程拓展到了非线性的Navier-Stokes方程,针对不可压缩的定常Navier-Stokes方程,提出了一种局部投影稳定化有限元方法．该方法既克服了对流占优,又绕开了inf-sup条件的限制．给出的局部投影空间既可以定义在两种不同网格上,又可以定义在相同网格上．与其他两级方法相比,定义在同一网格空间上的局部投影稳定化格式更紧凑．在同一网格上,除了给出需要bubble函数来增强的逼近空间外,还特别考虑了两种不需要用bubble函数来增强的新的空间．基于一种特殊的插值技巧,给出了稳定性分析和误差估计．最后,还列举了两个数值算例,进一步验证了理论结果的正确性．     

A Nonconforming Finite Element Method of Streamline Diffusion Type for the Incompressible Navier-Stokes Equations

A nonconforming finite element method of streamline diffusion type for solving the stationary and incompressible Navier-Stokes equation is considered. Velocity field and pressure field are approximated by piecewise linear and piecewise constant functions, respectively. The existence of solutions of the discrete problem and the strong convergence of a subsequence of discrete solutions are established. Error estimates are presented for the uniqueness case.     

A Study of Multiple Solutions for the Navier-Stokes Equations by a Finite Element Method

In this paper, a finite element method is proposed to investigate multiple solutions of the Navier-Stokes equations for an unsteady, laminar, incompressible flow in a porous expanding channel. Dual or triple solutions for the fixed values of the wall suction Reynolds number $R$ and the expansion ratio $α$ are obtained numerically. The computed multiple solutions for the symmetric flow are validated by comparing them with approximate analytic solutions obtained by the similarity transformation and homotopy analysis method. Unlike previous works, our method deals with the Navier-Stokes equations directly and thus has no similarity and other restrictions as in previous works. Finally we use the method to study multiple solutions for three cases of the asymmetric flow (which has not been studied before using the similarity-type techniques).     

非定常线性化Navier-Stokes方程的非协调流线扩散有限元法分析

对非定常线性化Navier-Stokes方程提出了非协调流线扩散有限元方法．用向后Euler格式离散时间,用流线扩散法处理扩散项带来的非稳定性．速度采用不连续的分片线性逼近,压力采用分片常数逼近．得到了离散解的存在唯一性以及在一定范数意义下离散解的稳定性和误差估计．     

An Economical Finite Element Scheme for Navier-Stokes Equations

In this paper, a new finite element scheme for Navier-Stokes equations is proposed, in which three different partitions (in the two dimensional case) are used to construct finite element subspaces of the velocity field and the pressure. The error estimate of the finite element than approximation is given. The precision of this new scheme has the same order as the scheme $Q_2/P_0$, but it is more economical that the scheme $Q_2/P_0$.     

A Two-Grid Finite Element Method for Time-Dependent Incompressible Navier-Stokes Equations with Non-Smooth Initial Data

We analyze here, a two-grid finite element method for the two dimensional time-dependent incompressible Navier-Stokes equations with non-smooth initial data. It involves solving the non-linear Navier-Stokes problem on a coarse grid of size $H$ and solving a Stokes problem on a fine grid of size $h, h <相似文献