多孔介质二相驱动问题一种修正特征有限元方法的迭代解法及其收敛性分析

0 引言 多孔介质二相驱动问题的数学模型是由压力方程与浓度方程组成的偏微分方程组的初边值问题.关于该问题的数值解问题,已有大量的文献.为了得到最优的L~2-模误差估计,好多方法用混合元方法解压力方程.我们知道,混合元法得到的方程组系数矩阵是非正定的,从而解混合元比解标准元要困难得多,虽然许多人研究了混合元方法的求解问题,但到目前为止,还没有看到令人满意的好的算法.为了避开对混合元的求解,著名学者T.F.Russell考虑了用标准有限元方法解压力方程,用特征有限元方法解浓度方程的求解方法及其迭代解法,对只有分子扩散的二相驱动问题得到了最优的L~2模误差估计,对有机械弥散的一般二相驱动问题得不到最优的L~2模误差估计,同时在收敛性证明中要求压力有限元空间的指数至少是二.     

半导体器件瞬态模拟的对称正定混合元方法

提出具有对称正定特性的混合元格式求解非稳态半导体器件瞬态模拟问题。提出一个最小二乘混合元方法、一个新的具有分裂和对称正定性质的混合元格式和一个解经典混合元方程的对称正定失窃工格式求解电场位势和电场强度方程;提出一个最小二乘混合元格式求解关于电子与空穴浓度的非稳态对流扩散方程,浓度函数和流函数被同时求解;采用标准的有限元方法求解热传导方程。建立了误差分析理论。     

带有对流项Sobolev方程的基于两个变换的Crank-Nicolson分裂正定混合有限元方法(英文)

本文研究和讨论了含对流项二阶Sobolev方程的一个新的分裂正定混合有限元方法.引入两个变换:q=u_t和σ=α(x)▽u+b(x)▽u_t,解关于▽u的常微分方程σ=α(x)▽u+b(x)▽u_t,将Sobolev方程转换成含有三个变量的一阶积分微分系统.在这个积分微分系统中,关于实际压力σ的方程是独立对称正定的,并可以独立于变量u和q=u_t求解,然后可以求解出变量u和q.推导了半离散和Crank-Nicolson全离散先验误差估计和稳定性.最后,通过一些数值结果验证了新的分裂正定混合有限元方法的可行性.     

两相渗流问题特征混合元数值模拟方法

本文提出求解两相渗流问题的一类克服数值弥散的特征混合元方法,用混合元法求解压力方程,利用后退特征线方法导出饱和度沿流线的移动;证明了格式的L_∞稳定性和收敛性,并给出最优阶的误差估计。     

广义变系数Kdv方程的对称及其群不变解

利用经典李对称的方法对广义变系数Kdv方程进行研究,利用这种方法得到了该方程的一个新的精确解,这种方法的基本思路是通过对称约化将原来较难求解的偏微分方程转化为较易求解的常微分方程进行求解.实例证明这种方法具有一般性,适合于求一大类变系数的非线性演化方程.     

关于求解二相渗流的平面问题的一类新方法

本文提出一类求解二相平面渗流问题的新方法:用有限元法求解关于压力分布的椭圆型方程,然后利用所得的对压力梯度的半解析解,根据已有的饱和度沿流线传播的精确公式求得饱和度场.其主要特点和优点是能克服通常的数值模拟方法所具有的数值弥散,给出准确清晰的水驱油前沿饱和度间断面的位置,并且完全避免了通常必须与压力方程联立求解或交替求解的饱和度方程,从而使计算工作量大大减少.     

球体的弹性动力学解和动应力集中现象

本文提出了一种解析方法求解球体的弹性动力学问题.将球体弹性动力学基本解,分解为一个满足给定非齐次混合边界条件的准静态解和一个仅满足齐次混合边界条件的动态解的叠加.利用变量替换将动态解需满足的动态方程变换为贝塞尔方程,并通过定义一个有限汉克尔变换,就可以容易地求得非齐次动态方程的动态解,从而,得到球体弹性动力学的精确解.从计算结果中可以发现,在冲击外压作用下的球体圆心处具有动应力集中现象,并导致很高的动应力峰值,这对球体的动强度研究有一定的实际意义.     

再生核空间中求解带有积分边界条件的半线性热传导方程

该文给出了一个新的方法来求解带有积分边界条件的半线性热传导方程.方程的精确解以级数的形式在再生核空间中给出.证明了精确解的n项逼近是收敛于精确解的.同时给出了一些算例说明了这个方法的有效性.     

应用指数函数展开法求解非线性发展方程

利用指数函数展开法,研究BBM方程与KG方程,在一个特定的变换下,借助Maple软件的符号运算功能,获得BBM方程与KG方程指数函数型新的孤立波解与周期解.这种方法用于求解非线性发展方程是简单而有效的.     

具有N-peakon的新可积模型与孤子方程的代数几何解

在孤立子理论中, 寻找新的可积系统是最基础而重要的内容之一. 而如何有效的求得一类孤子方程的精确解, 并研究该精确解的性质, 一直是一个基本而又富有挑战性的课题. 本文便是从这两个方面展开, 一方面构造了两个具有N-peakon 的新可积系统, 为目前并不丰富的具有尖孤子解的可积非线性家族提供了极为重要的可积动力模型; 另一方面, 基于超椭圆代数曲线理论, 本文对Lax 对的有限展开法进行了改进, 并将其拓广到求解相联系的孤子方程可积形变后的代数几何解, 给出了著名的KdV(Korteweg de Vries) 6 方程的解. 进一步, 通过研究与孤子方程族相应的亚纯函数、Baker-Akhiezer 函数和超椭圆曲线的渐近性质和代数几何特征, 本文摆脱了现有代数几何方法中使用Riemann 定理的限制, 构造了mKdV (modified Korteweg de Vries) 型方程和混合AKNS (Ablowitz Kaup Newell Segur)方程等孤子方程的代数几何解. 为构造高阶矩阵谱问题所对应的孤子方程族的代数几何解提供了有力的工具.     

新的辅助方程法构造KdV方程的行波解

应用一种新的辅助方程法成功地获得了(1+1)维KdV方程的多个含有参数的精确行波解,所得的解涵盖了已有结果．与其它方法相比,所给出的方法具有简单高效、计算量小、速度快、易于求解等特点．另外,所给的方法还可以用来求解其它的一大类非线性发展方程的精确行波解．     

对流占优扩散方程的特征有限体积元方法

考虑对流占优扩散方程初边值问题的特征有限体积元方法,并给出特征有限体积元解的误差分析.理论分析表明特征有限体积元解具有最优阶L~2和H~1模误差估计.数值算例说明此方法是有效的.     

多孔介质两相驱动问题的特征差分和Schwarz区域分裂并行算法

本文考虑多孔介质两相驱动问题的数值解法。用混合元方法求解压力方程，可同时得到速度和压力的近似；对浓度方程，给出了两类特征差分与Ｓｃｈｗａｒｚ型区域分裂引结合的数值格式，以减小对流项产生的数值弥散，减小所处理问题的规模和实行并行计算。     

“增元法”解一元方程

通常,在解方程时,我们总想尽力消元以减少元的个数求解.但在解某些方程时,情况恰好相反,巧妙地增设元,使方程由一元变多元,方程反倒容易求解.不妨称这种方法为增元法.本文,旨在说明用增元法解某些特殊的一元方程.     

对偶变量块体混合元及其位移元的收敛性和精度分析

弹性力学Hamilton正则方程和Hamilton混合元的等效刚度系数矩阵,均具有直观的辛特性.基于H R变分原理和弹性力学保辛理论建立的对偶变量块体混合元,其等效刚度系数矩阵同样具有直观的辛特性.根据对偶变量块体混合元列式,可直接建立问题的控制方程,进行混合法求解.同时,通过对偶变量块体混合元列式可以导出对偶变量块体位移元列式,建立问题的控制方程后,可先求位移的解.数值实例表明:线性8结点对偶变量块体位移减缩积分元的各力学量的收敛速度均衡、收敛过程稳定、结果精度高,其应力变量的收敛速度与传统的20结点位移协调减缩积分元接近.对偶变量块体位移元具有普适性.     

关于波动方程混合问题的特征线方法

传统的求解1维波动方程混合问题的方法是分离变量法，进而解出该问题的Fourier级数解，本文将用特征线方法给出该问题在求解区域内解的显式表达式。     

基于吴方法的孤波自动求解软件包及其应用

基于非线性代数方程组的吴特征列方法,在计算机代数系统Maple上实现了非线性微分方程孤波解的自动求解,编制了一个小型实用的软件包。作为应用,考虑了一个一般的五阶模型方程,利用该软件包获得了此方程新的孤波解以及孤子解存在的条件。     

非线性波方程新的显式精确解

利用Darboux和一个可化为标准Bernoulli方程的4阶常微分方程,统一地处理了三个著名方程KdV方程,Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程和Hirota-Satsuma(HS)方程的求解问题.给出了这些方程一批新的具有更为丰富形式的精确解,其中包括孤波解和行波解.     

椭圆型对流占优扩散方程的泡函数—混合有限元方法(英文)

把泡函数有限元方法和混合有限元方法进行耦合,从而利用泡函数-混合有限元方法来求解椭圆型对流占优扩散方程,该方法不仅可以同时高精度逼近浓度(u)和浓度变化率(#u),还有效避开了传统混合有元方法中苛刻的L-BB条件,数值解的稳定性也得到了改善.     

海水入浸问题的数值分析

海水入浸问题的数学模型是两个耦合抛物型偏微分方程,其中一个是关于压力的流动方程,另一个是关于浓度的对流扩散方程.压力方程由标准有限元方法逼近,浓度方程则用特征有限元方法逼近.在扩散项系数半正定的情形得到逼近解的次优L2 模误差估计.