空间分数阶导数“反常”扩散方程数值算法的比较

分别采用显式差分格式、隐式差分格式以及Crank-Nicholson差分格式数值求解空间分数阶导数,并从局部截断误差、稳定性、计算量三个方面进行比较分析;通过数值算例验证分析结果.     

任意阶隐式指数时程差分多步法及其在非线性系统中的应用

对非线性系统提出了任意阶隐式指数时程差分多步法，实现了任意阶次指数时程差分预测 校正算法.发展完善了指数时程差分法.将新算法应用于非线性系统，取得了较好的效果.数值结果表明隐式指数时程差分多步法很好地修正了显式指数时程差分多步法，隐式指数时程差分多步法是一种高精度、高效率的方法. 关键词： 非线性系统 任意阶隐式指数时程差分多步法 混沌     

热传导方程三层并行差分格式初始条件的计算

给出二维热传导问题的三层差分格式初始条件的一种显式计算方法,对于由此形成的内边界预估校正三层并行差分算法,证明稳定性和收敛性定理.并行数值试验表明,方法稳定,且与通常采用隐式格式计算初始条件的方法相比,易于程序实现;与已有的扰动算法相比,能大幅度减小误差.     

一种新的无矩阵运算的高效差分格式

本文提出了一种新的显、隐两步差分格式。该格式在构造显式和隐式差分步时,采用即时修正的思想,充分利用了ｎ＋１时刻点的信息值,从而可以加速边界信息在计算区域的传播速度;同时,在隐式步计算中,结合谱半径思想,简化了格式,完全避免了矩阵运算。通过对一维缩放喷管算例的计算表明,新格式可以减少 ３／４～１／２的计算时间,是一种高效的差分格式。     

辛算法在限制性三体问题数值研究中的应用

限制性三体问题是太阳系动力学中常采用的一种力学模型,是一哈密顿(Hamilton)系统.由于数学工具的不够,一些重要问题只能进行数值研究,但要了解系统的演化状况,必须进行长期跟踪计算.因此,对算法要求极高,应能保持运动的整体特征,而Hamilton系统的辛算法正符合这一要求,文章将利用算法合成构造旋转坐标系中圆型和椭圆型限制性三体问题(对应不可分Hamilton系统)的显式辛差分格式,并以计算实例表明方法的有效性.     

有限差分格式的一个通用色散-耗散条件

通过分析显式有限差分格式的数值色散和数值耗散,导出一个适于有限差分格式的通用色散-耗散条件.根据群速度和耗散率之间的物理关系,确定了用以抑制数值解中伪高波数波所需要的适度耗散.在以往发展的低耗散加权基本无振荡格式WENO-CU6-M2上的应用表明,该条件可用作优化线性或非线性有限差分格式的色散和耗散的通用指导准则.此外,满足色散-耗散条件的改进WENO-CU6-M2格式还可选作低分辨率数值模拟,以三维Taylor-Green涡向湍流转捩和自相似能量衰减问题展现了它的这种能力.与经典的动态Smagorinsky亚网格尺度模型相比,在Reynolds数Re=400~3000条件下,无黏和黏性Taylor-Green涡的数值模拟结果均得到明显改善.在保持激波捕捉特性同时,与最新的隐式大涡模拟模型的计算效果相当.      

一类演化方程的高稳定性的差分格式

考虑一类演化方程u_t=au∂_2k+1(其中a是常数,u∂_2k+1=∂^2k+1u/∂x^2k+1,k=1,2……)的有限差分解法。构造了两类具有高稳定性的显式差分格式。并用引入耗散项的方法建立了两类半显式差分格式,它们是无条件稳定的且可显式地进行计算。     

用高分辨差分格式解SNS方程

本文从Sweby的显式TVD格式^[2,3]出发,构造发一个推进方向一阶精度、侧向二阶精度的隐式TVD差分格式,并用于解可压缩流定常简化Naviev-Stokes(SNS)方程。对不出现流向分离的平板边界层和激波—边界层相互干扰两个问题的数值计算表明,方法可以有效捕捉流场中的间断。     

近尾迹流动的数值模拟

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程的方法来模拟近尾迹的分离流动。Navier-Stokes方程^[1]是利用中所给出的方法进行差分逼近的。这一方法兼备显式格式和隐式格式的优点。这是一隐式格式,因而可放松稳定性对时间步长的限制。这一格式又具有显式格式的简单性,差分方程的解可显式表达出来。求解过程中避免了通常隐式格式所要求的大量数值矩阵求逆和大量的矩阵运算。文中对不同的马赫数M_∞和雷诺数Re进行了计算。数值实验表明,本文所采用的方法是模拟底部分离流动的一个简单而有效的方法,可用来计算高马赫数和高雷诺数的分离流动。     

二维单步交替方向隐式时域有限差分法吸收边界性能分析

给出了两种适用于二维单步交替方向隐式时域有限差分(2-D Leapfrog ADI-FDTD)方法的吸收边界:Mur边界和卷积完全匹配层(CPML)边界。单步交替方向隐式时域有限差分(Leapfrog ADI-FDTD)方法是一种无条件稳定的全隐式差分算法,由于二维空间Leapfrog ADI-FDTD的迭代同时存在显式和隐式方程,故而不同电磁分量的边界条件也存在差异。从原理出发,推导了适用于2-D Leapfrog ADI-FDTD方法的CPML边界条件,并与一阶Mur边界进行比较,利用自由空间的反射误差来表征两种边界的吸收性能,简要总结了两种吸收边界的优缺点。     

A high-order accurate hybrid scheme using a central flux scheme and a WENO scheme for compressible flowfield analysis

A high-order accurate hybrid central-WENO scheme is proposed. The fifth order WENO scheme [G.S. Jiang, C.W. Shu, Efficient implementation of weighted ENO schemes, J. Comput. Phys. 126 (1996) 202–228] is divided into two parts, a central flux part and a numerical dissipation part, and is coupled with a central flux scheme. Two sub-schemes, the WENO scheme and the central flux scheme, are hybridized by means of a weighting function that indicates the local smoothness of the flowfields. The derived hybrid central-WENO scheme is written as a combination of the central flux scheme and the numerical dissipation of the fifth order WENO scheme, which is controlled adaptively by a weighting function. The structure of the proposed hybrid central-WENO scheme is similar to that of the YSD-type filter scheme [H.C. Yee, N.D. Sandham, M.J. Djomehri, Low-dissipative high-order shock-capturing methods using characteristic-based filters, J. Comput. Phys. 150 (1999) 199–238]. Therefore, the proposed hybrid scheme has also certain merits that the YSD-type filter scheme has. The accuracy and efficiency of the developed hybrid central-WENO scheme are investigated through numerical experiments on inviscid and viscous problems. Numerical results show that the proposed hybrid central-WENO scheme can resolve flow features extremely well.     

求解Euler方程的空间—时间守恒格式

本文在CE／SE方法的基础上，提出了空间－时间守恒（STC）格式，其特点是构造简单，物理概念清晰，守恒性好，计算速度快且精度高，容易推广到多维流动及粘性流动。通过对二维Euler方程STC格式的介绍，可以看出这一方法的主要特点。与其它格式的计算结果或精确解相比较表明，用STC格式计算的结果是令人满意的。     

利用通量限制思想改进紧致格式

利用通量限制思想改进紧致格式计算有间断流场的性能,并设计出一种限制器,该限制器被运用在一系列3至8阶的紧致格式上.数值实验表明,通量限制型紧致格式不仅具有较高的精度和分辨率,而且还能有效地抑制非物理振荡,适用于各种高低Mach数的流动,捕捉到的流场间断所占网格点数少.     

径向对称非线性Schrdinger方程的守恒差分格式

对径向对称的非线性Schrdinger方程提出了一个新的守恒差分格式,这是一个三层格式,它不需迭代求解,因此提高了计算速度,同时也较好地保持了方程的两个守恒律。文中证明了格式的收敛性与稳定性,数值计算结果表明,该差分格式是有效的。     

协调多时次差分格式及其稳定性

提出对求解常微分方程的各种数值算法，可以建立与之相协调的多时次差分格式.并从数学 上给出了一个其计算稳定性的充分条件，同时提出了一种改进的最小二乘法来拟合自忆系数 ，以期在实际计算过程中既可以改善计算效果，同时也可使其稳定性得以保障. 关键词： 协调多时次差分格式 计算稳定性 最小二乘法     

Generalized finite compact difference scheme for shock/complex flowfield interaction

A class of generalized high order finite compact difference schemes is proposed for shock/vortex, shock/boundary layer interaction problems. The finite compact difference scheme takes the region between two shocks as a compact stencil. The high order WENO fluxes on shock stencils are used as the internal boundary fluxes for the compact scheme. A lemma based on the property of smoothness estimators on a 5-points stencil is given to detect the shock position. There is no free parameter introduced to switch the compact scheme and the WENO scheme. Some numerical experiments are given and they demonstrate that the present scheme has low dissipation due to the compact central differencing scheme used in the smooth regions.     

一种新的LU型隐式格式及其应用

发展了一种新的ＬＵ型隐式格式。新格式除包含ＬＵ－ＳＧＳ格式全部特色外，尽管采用了相似变换而不是近似处理来精确地构造通量矢量的迎风Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵，仍可避免块对角矩阵求逆．且左端项仍可保持矢量化处理。新格式显示出更快的收敛性和更高的稳定性且没有多余的数值耗散和自由参数，尤其适用于求解三维非定常流动问题。     

Self-adjusting entropy-stable scheme for compressible Euler equations

In this work,a self-adjusting entropy-stable scheme is proposed for solving compressible Euler equations.The entropy-stable scheme is constructed by combining the entropy conservative flux with a suitable diffusion operator.The entropy has to be preserved in smooth solutions and be dissipated at shocks.To achieve this,a switch function,which is based on entropy variables,is employed to make the numerical diffusion term be automatically added around discontinuities.The resulting scheme is still entropy-stable.A number of numerical experiments illustrating the robustness and accuracy of the scheme are presented.From these numerical results,we observe a remarkable gain in accuracy.     

非结构网格下非定常流场双时间步长的加权ENO-强紧致杂交高分辨率格式

针对三维非定常、可压缩流场的Navier-Stokes方程组,本文提出一种新的双时间步长高精度快速迭代格式。该格式在时间上具有二阶精度,在空间离散上不低于三阶。在对流项与粘性项的处理上,本格式分别采用了加权ENO-强紧致格式与紧致四阶精度格式的思想。几个典型算例的实践表明:计算结果与相关实验数据比较吻合,初步表明了该算法可以在非结构网格下具有高效率与高分辨率的特征。     

三点强紧致加权高分辨率高阶格式及其应用

本文分别给出了采用有限体积计算时采用高阶格式遇到的网格单元体界面上三阶、四阶与五阶格式精度下的数值通量表达式,并且给出了确定权函数过程中所遇到的光滑因子表达式．文中首先对模型方程进行了格式分辨率方面的检验,然后将格式用于某涡轮级的实际流场计算．数值结果表明:所给出的高分辨率、高阶格式具有较高的激波分辨率并且具有较高的数值精度,在计算流场时,它可以用较少网格点去取代普通低阶精度格式下所采用的较密网格．