二维定常不可压缩粘性流动N-S方程的数值流形方法

将流形方法应用于定常不可压缩粘性流动N-S方程的直接数值求解,建立基于Galerkin加权余量法的N-S方程数值流形格式,有限覆盖系统采用混合覆盖形式,即速度分量取1阶和压力取0阶多项式覆盖函数,非线性流形方程组采用直接线性化交替迭代方法和Nowton-Raphson迭代方法进行求解.将混合覆盖的四节点矩形流形单元用于阶梯流和方腔驱动流动的数值算例,以较少单元获得的数值解与经典数值解十分吻合.数值实验证明,流形方法是求解定常不可压缩粘性流动N-S方程有效的高精度数值方法.     

不可压Navier-Stokes方程基于误差估算的网格自适应解法

首先导出了广义Stokes方程Petrov—Galerkin有限元数值解的当地事后误差估算公式;以非连续二阶鼓包（bump）函数空间为速度、压强误差的近似空间,该估算基于求解当地单元上的广义Stokes问题。然后,证明了误差估算值与精确误差之间的等价性。最后,将误差估算方法应用于Navier—Stokes环境,以进行不可压粘流计算中的网格自适应处理。数值实验中成功地捕获了多强度物理现象,验证了本文所发展的方法。     

基于局部DQ-RBF不可压缩N-S方程的数值求解

以RBF作为DQ方法的基函数,将迎风机制引入DQ-RBF中,建立了二维不可压缩黏性N-S方程数值求解模型,采用Levenberg-Marquardt算法求解非线性方程组.求解时分析了形状参数对求解精度的影响,改进了边界速度的处理方法.对平板Couette流及有限宽台阶绕流流动问题进行了数值求解.比较了本文方法和FLUE...     

三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程,结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程,推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解,将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分,其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元,采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换,采用配置点法计算超奇异积分,获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序,得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律,数值结果稳定且收敛速度快。     

用差分法与超松弛迭代法求高维平稳FPK方程的解

用不同精度的差分格式将高维平稳FPK方程离散化为线性代数方程组,然后用超松弛迭代法求解该线性代数方程组得到平稳FPK方程的近似解。讨论了不同的差分格式、网格密度及超松弛因子对解精度及收敛速度的影响,并与其他方法的计算精度进行比较,提出用多重网格算法提高计算效率。研究了典型的二维及四维随机系统的稳态响应,算例表明,该算法具有简洁、节省存储量且精度高的特点,是求解高维平稳FPK方程解的有效算法。     

扩散抛物化Navier-Stokes方程数值解法评述

20世纪60年代末期在边界层理论基础上发展起来的各种简化Navier-Stokes (N-S)方程(统称为扩散抛物化N-S方程)及其算法, 较为彻底地解决了无黏流及黏流的相互干扰问题, 并为高雷诺数大型复杂黏性流场的数值模拟开辟了新的途径. 本文将系统地评述这一领域的主要成果, 包括各种简化N-S模型的优缺点; 数学奇性及正则化方法; 代表性的数值解法以及最近几年的新进展.      

非定常不可压N-S方程的最小二乘算子分裂有限元法数值求解

采用最小二乘算子分裂有限元法求解非定常不可压N-S(Navier-Stokes)方程,即在每个时间层上采用算子分裂法将N-S方程分裂成扩散项和对流项,这样既能考虑对流占优特点又能顾及方程的扩散性质。扩散项是一个抛物型方程,时间离散采用向后差分格式,空间离散采用标准Galerkin有限元法。对流项的时间项采用后向差分格式,非线性部分用牛顿法进行线性化处理,再用最小二乘有限元法进行空间离散,得到对称正定的代数方程组系数矩阵。采用Re=1000的方腔流对该算法的有效性进行检验,表明其具有较高的精度,能够很好地捕捉流场中的涡结构。同时,对圆柱层流绕流进行了数值研究,通过流线图、压力场、阻力系数、升力系数及斯特劳哈数等结果的分析与对比,表明本文算法对于模拟圆柱层流绕流是准确和可靠的。     

N-S方程基于投影法的特征线算子分裂有限元求解

提出了一种求解非定常不可压缩纳维-斯托克斯方程（N-S方程）的新型有限元法:基于投影法的特征线算子分裂有限元法.在每一个时间层上将N-S方程分裂成扩散项、对流项、压力修正项.对流项采用多步显式格式,且在每一个对流子时间步内采用更加精确的显式特征线-伽辽金法进行时间离散,空间离散采用标准伽辽金法.应用此算法对平面泊肃叶流、方腔流和圆柱绕流进行数值模拟,所得结果与基准解符合良好.尤其对于Re=10000的方腔流,给出了方腔中分离涡发展和运动的计算结果,并发现在该雷诺数下存在周期解,表明该算法能较好地模拟流体流动中的小尺度物理量以及流场中分离涡的运动.      

三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程,结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程,推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解,将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分,其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元,采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换,采用配置点法计算超奇异积分,获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序,得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律,数值结果稳定且收敛速度快。     

关于Navier-Stokes方程的等价问题

本文讨论了Navier-Stokes 方程的一种等价形式:压力等价形式.首先,我们证明了用关于压力的Poisson 方程来代替连续性方程并附加适当的初始条件和边界条件后所得的新的控制方程与原始的控制方程(N-S 方程)是等价的.然后,我们利用新的控制方程求解了一个具体问题:面对无限平板的二维流动,并将计算结果与精确结果进行了比较.     

A MIXED GREEN ELEMENT FORMULATION FOR THE TRANSIENT BURGERS EQUATION

The transient one-dimensional Burgers equation is solved by a mixed formulation of the Green element method (GEM) which is based essentially on the singular integral theory of the boundary element method (BEM). The GEM employs the fundamental solution of the term with the highest derivative to construct a system of discrete first-order non- linear equations in terms of the primary variable, the velocity, and its spatial derivative which are solved by a two-level generalized and a modified time discretization scheme and by the Newton–Raphson algorithm. We found that the two-level scheme with a weight of 0ċ67 and the modified fully implicit scheme with a weight of 1ċ5 offered some marginal gains in accuracy. Three numerical examples which cover a wide range of flow regimes are used to demonstrate the capabilities of the present formulation. Improvement of the present formulation over an earlier BE formulation which uses a linearized operator of the differential equation is demonstrated. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

Stokes流的积分方程法

Stokes流,或称零雷诺数流,指的是尺寸微小、速度缓慢的流动。它的理论在化工、生物力学、物理化学、环境保护、选矿、地球物理和气象科学等各个领域都有重要的应用。零雷诺数流可用Stokes方程来描述:式中μ,V和P分别是流体的粘度、速度向量和压力。直到本世纪60年代,只有数目非常有      

球栅的Oseen流动及阻力的尾流效应

本文通过大小相同且等距放置的球栅的轴对称Oseen流动研究了阻力的尾流效应。在每个球的球心放置Oseen流子得到了问题的级数解。截断无穷级数并采用配置法解线性代数方程组求出了球栅Oseen流动的近似解及每个球所遭受的阻力。 在不同的球的个数,不同的球的间距以及不同的雷诺数下计算了各个圆球的阻力系数,发现除球栅的遮蔽效应和端缘效应外还存在着尾流效应。研究了上述参数对这些效应的影响并与Stokes流动的结果进行了比较。文章还对方法的收敛性进行了数值研究。     

一类偏微分方程的Hamilton正则表示

主要给出一系列关于力学中的偏微分方程的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．其中包括变系数线性偏微分方程,ＫｄＶ方程,ＭＫｄＶ方程,ＫＰ方程,Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程等的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．     

APPELL方程和TZNOFF方程在一般非完整系统上的推广

本文给出一个适用于任何阶非完整系统的变分原理。Gauss原理可作为推论由之导出。由此原理出发,将Appell方程和Tzènoff方程推广到一般非完整系统,以一个二阶非完整系统为例,说明所得方程的应用。     

PHRAGMEN－LINDELOF ALTERNATIVE RESULTS FOR THE INITIAL BOUNDARY PROBLEM OF STOKES EQUATION

ＰＨＲＡＧＭＥＮ－ＬＩＮＤＥＬＯＦＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＲＥＳＵＬＴＳＦＯＲＴＨＥＩＮＩＴＩＡＬＢＯＵＮＤＡＲＹＰＲＯＢＬＥＭＯＦＳＴＯＫＥＳＥＱＵＡＴＩＯＮＣａｉＣｈｏｎｇｘｉ（蔡崇喜）ＬｉｎＣｈａｎｇｈａｏ（林长好）（ＺｈｏｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅ...     

MODELLING OF WAVE PROPAGATION IN THE NEARSHORE REGION USING THE MILD SLOPE EQUATION WITH GMRES-BASED ITERATIVE SOLVERS

The mild slope equation in its linear and non-linear forms is used for the modelling of nearshore wave propagation. The finite difference method is used to descretize the governing elliptic equations and the resulting system of equations is solved using GMRES-based iterative method. The original GMRES solution technique of Saad and Schultz is not directly applicable to the present case owing to the complex coefficient matrix. The simpler GMRES algorithm of Walker and Zhou is used as the core solver, making the upper Hessenberg factorization unneccessary when solving the least squares problem. Several preconditioning-based acceleration strategies are tested and the results show that the GMRES-based iteration scheme performs very well and leads to monotonic convergence for all the test-cases considered.     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

A NON-LINEAR ADAPTIVE FULL TRI-TREE MULTIGRID METHOD FOR THE MIXED FINITE ELEMENT FORMULATION OF THE NAVIER–STOKES EQUATIONS

The full adaptive multigrid method is based on the tri-tree grid generator. The solution of the Navier–Stokes equations is first found for a low Reynolds number. The velocity boundary conditions are then increased and the grid is adapted to the scaled solution. The scaled solution is then used as a start vector for the multigrid iterations. During the multigrid iterations the grid is first recoarsed a specified number of grid levels. The solution of the Navier–Stokes equations with the multigrid residual as right-hand side is smoothed in a fixed number of Newton iterations. The linear equation system in the Newton algorithm is solved iteratively by CGSTAB preconditioned by ILU factorization with coupled node fill-in. The full adaptive multigrid algorithm is demonstr ated for cavity flow. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd. Int. j. numer. methods fluids 24: 1037ndash;1047, 1997.