一维电磁波方程的四阶紧致差分格式

本文建立求解一维电磁波方程的四阶紧致差分格式,运用von Neumann法给出方法的稳定条件.运用能量法证明格式的收敛性.最后,数值例子验证了格式的有效性.     

群速度直接控制四阶迎风紧致格式

为求解多尺度复杂流动在有限网格点的情况下高精度方法是可供选择的方法之一,其中紧致型格式数值解的分辨率更好.用迎风型紧致格式计算激波时,数值解中仍有数值振荡产生,这是由于对应于不同波数之群速度不均一所致.采用群速度直接控制方法重构紧致型格式以提高捕捉激波的能力.该方法简单,精度高,网格基架点少.算例表明,这一新的方法是可行的.     

求解一维非定常对流扩散反应方程的高精度紧致差分格式

提出了数值求解一维非定常对流扩散反应方程的一种高精度紧致隐式差分格式,其截断误差为O(τ~4+τ~2h~2+h~4),即格式整体具有四阶精度.差分方程在每一时间层上只用到了三个网格节点,所形成的代数方程组为三对角型,可采用追赶法进行求解,最后通过数值算例验证了格式的精确性和可靠性.     

求解一维对流方程的高精度紧致差分格式

本文提出数值求解一维对流方程的一种两层隐式紧致差分格式,采用泰勒级数展开法以及对截断误差余项中的三阶导数进行修正的方法对时间和空间导数进行离散.格式的截断误差为O(τ~4+τ~2h~2+h~4),即该格式在时间和空间上均可达到四阶精度.利用von Neumann方法分析得到该格式是无条件稳定的.通过数值实验验证了本文格式的精确性和稳定性.     

任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用

通过在泰勒级数展开中运用逐阶迭代的方法,推导出了空间任意精度的三点紧致显格式的表达式,又由Fourier分析法得到了格式的数值弥散和耗散特性．与以往的高精度紧致差分格式不同,提出的格式不用隐式求解代数方程组并且可以达到任意精度．通过方波问题和顶盖方腔流的算例表明,格式在稀疏网格下可以得到很高的精度,不仅能节省计算量,而且易于编程,有很高的计算效率．     

高阶精度耗散加权紧致非线性格式

基于构造耗散紧致线性格式的方法,发展了新的高阶精度耗散加权紧致非线性格式(DWCNS). 通过Fourier分析方法讨论了DWCNS的耗散与色散特性. 从修正波数来看,DWCNS 在光滑区的精度与显式迎风偏斜的5阶精度格式接近. 发展了边界格式和靠近边界格式,分析了均匀网格和拉伸网格上的渐近稳定性,并讨论了在多维Euler方程和Navier-Stokes方程中的应用. 几个典型的无黏/有黏算例表明DWCNS对间断有很好的捕捉能力,对边界层的分辨精度也很高,并具有很好的收敛性（含有强激波流场计算,其均方根残差可以收敛到机器零）,尤其是在网格设计合理的情况下能抑制TVD和ENO格式均无法克服的涡量场的非物理波动.     

求解一维定常对流扩散反应方程的混合型紧致差分格式

借助显式紧致格式和隐式紧致格式的思想,基于截断误差余项修正,并结合原方程本身,构造出了一种求解一维定常对流扩散反应方程的高精度混合型紧致差分格式.格式仅用到三个点上的未知函数值及一阶导数值,而一阶导数值利用四阶Pade格式进行计算,格式整体具有四阶精度.数值实验结果验证了格式的精确性和可靠性.     

一类TVD型的迎风紧致差分格式

给出一种迎风型TVD(total variation diminishing)格式的构造方法,该方法通过限制器来抑制线性紧致格式在模拟间断流场时的非物理波动,可构造出非线性TVD型紧致格式(CTVD)．然后采用该法构造出了3阶和5阶的TVD型紧致格式,并通过模拟一维组合波和Riemann问题,二维激波-涡相互干扰和激波-边界层相互作用等来考察它们的性能．数值实验表明了该类格式的高阶精度和分辨率,且过间断基本无振荡．     

迎风紧致格式与驱动方腔流动问题的直接数值模拟

本文给出了一种求解不可压缩流动问题的高精度差分格式,即迎风紧致格式.出发方程采用二维非定常原始变量Naiver-Stokes方程组.在差分方程中,对流项采用三阶精度的迎风紧致差分,其余空间导数项采用四阶紧致差分.本文利用该差分格式在等距网格上数值模拟了驱动方腔流动中的分离涡运动.在257×257的细网格上,Re数最高计算到10000.Re≤5000时的计算结果与前人结果符合得很好.当Re≥7500时发现流动不存在定常层流解而为非定常周期性解,并首次给出了非定常解的结果。     

RLW-KdV方程的紧致有限差分格式

本文研究了RLW-KdV方程的一个三层线性紧致有限差分格式.该格式是质量守恒和能量守恒的,用离散能量法证明了差分格式的收敛性和稳定性.所建格式的收敛阶为O(τ~2+h~4).数值实验验证了该格式的有效性和可靠性.     

对流扩散方程的四阶紧凑迎风差分格式

§1.引言 流动和传热传质的基本方程均是对流扩散型的.对流扩散方程的高阶紧凑差分格式,作为提高计算可靠性和节省计算量的一条有效途径,已引起相当的重视.作为该领域的一大进展,新近由Dennis推出的对流扩散方程四阶紧凑格式,在二维情形下呈九点式且勿须引入中间变量,只涉及对流扩散量本身,能在较粗网格下获取较为准确的数值结果.从本质上说,该格式系指数型四阶紧凑格式的多项式型翻版.它与指数型紧凑格     

求解对流扩散方程的一致四阶紧致格式

目前,许多高精度差分格式,由于未成功地构造与其精度匹配的稳定的边界格式,不得不采用低精度的边界格式.本文针对对流扩散方程证明了存在一致四阶紧致格式,它的边界点的计算格式和内点的计算格式的截断误差主项保持一致,给出了具体内点和边界格式;并分析了此半离散格式的渐近稳定性.数值结果表明该格式是四阶精度;在对流占优情况下,本文边界格式的数值结果比四阶精度的显式差分格式的的数值结果的数值振荡小,取得了不错的效果,理论结果得到了数值验证;驱动方腔数值结果显示,本文对N-S方程的离散格式具有很好的可靠性,适合对复杂流体流动的数值模拟和研究.     

Fourth order accurate compact scheme with group velocity control (GVC )

For solving complex flow field with multi-scale structure higher order accurate schemes are preferred. Among high order schemes the compact schemes have higher resolving efficiency. When the compact and upwind compact schemes are used to solve aerodynamic problems there are numerical oscillations near the shocks. The reason of oscillation production is because of non-uniform group velocity of wave packets in numerical solutions. For improvement of resolution of the shock a parameter function is introduced in compact scheme to control the group velocity. The newly developed method is simple. It has higher accuracy and less stencil of grid points     

数值求解Euler方程的UCGVC差分格式的注记

１．引言 近年来高精度差分格式的研究引起国内外的普遍重视,目的是更准确地模拟复杂流场的流动．众所周知,传统的二阶ＴＶＤ类格式虽然能较好地捕捉激波,但却存在局部极值点降阶的问题,而且由于一些格式的数值粘性过大,当用该格式计算粘性流特别是高雷诺数问题时,格式本身的数值粘性可能掩盖了流场的物理粘性,从而降低了格式对边界层的分辨率,因而无法正确计算热流值。文献［３］指出,采用高精度格式可适当放松对网格雷诺数的要求,因此发展三阶或三阶以上的格式是需要的。近年来,人们已经发展了一些无伪振荡的高阶格式,如ＥＮ…     

THE UPWIND FINITE ELEMENT SCHEME AND MAXIMUM PRINCIPLE FOR NONLINEAR CONVECTION-DIFFUSION PROBLEM

In this paper, a kind of partial upwind finite element scheme is studied for twodimensional nonlinear convection-diffusion problem. Nonlinear convection term approximated by partial upwind finite element method considered over a mesh dual to the triangular grid, whereas the nonlinear diffusion term approximated by Galerkin method. A linearized partial upwind finite element scheme and a higher order accuracy scheme are constructed respectively. It is shown that the numerical solutions of these schemes preserve discrete maximum principle. The convergence and error estimate are also given for both schemes under some assumptions. The numerical results show that these partial upwind finite element scheme are feasible and accurate.     

激波捕捉差分方法研究

在迎风型格式和矢通量分裂技术的基础之上,对捕捉激波方法进行一种新的尝试．该方法首先对原始格式在特征方向上进行投影,然后用限制器对这些特征分量的变化幅值进行限制以抑止非物理波动,最后再把它转换成守恒形式,得到了基本上无振荡的激波捕捉格式．用该方法对两种迎风显示格式(二阶和三阶)和3种迎风紧致格式(三阶、五阶和七阶)进行处理,并在一维和二维的情况下进行了应用测试．通过与高阶WENO、MP、Compact-WENO等格式的比较,表明该方法在光滑捕捉激波的前提下仍有较高精度和分辨率．     

广义sine-Gordon方程高精度隐式紧致差分方法

本文研究一类二维非线性的广义sine-Gordon(简称SG)方程的有限差分格式.首先构造三层时间的紧致交替方向隐式差分格式,并用能量分析法证明格式具有二阶时间精度和四阶空间精度.然后应用改进的Richardson外推算法将时间精度提高到四阶.最后,数值算例证实改进后的算法在空间和时间上均达到四阶精度.     

Upwind compact finite difference scheme for time-accurate solution of the incompressible Navier-Stokes equations

This article presents a time-accurate numerical method using high-order accurate compact finite difference scheme for the incompressible Navier-Stokes equations. The method relies on the artificial compressibility formulation, which endows the governing equations a hyperbolic-parabolic nature. The convective terms are discretized with a third-order upwind compact scheme based on flux-difference splitting, and the viscous terms are approximated with a fourth-order central compact scheme. Dual-time stepping is implemented for time-accurate calculation in conjunction with Beam-Warming approximate factorization scheme. The present compact scheme is compared with an established non-compact scheme via analysis in a model equation and numerical tests in four benchmark flow problems. Comparisons demonstrate that the present third-order upwind compact scheme is more accurate than the non-compact scheme while having the same computational cost as the latter.     

基于不光滑边界的变系数抛物型方程的高精度紧格式

本文讨论基于不光滑边界的变系数抛物型方程求解的高精度紧格式.首先构造一般变系数抛物型方程的高精度紧格式,并在理论上证明格式具有空间方向四阶精度.然后针对非光滑边界条件,引入局部网格加密技巧在奇异点附近进行不均匀的网格加密.数值实验以期权定价中Black-Scholes偏微分方程的求解为例,验证高精度紧格式用于光滑边界条件的微分方程离散可以达到四阶精度.对于处理非光滑边界条件,网格局部加密技巧能有效的提高数值解精度,使得高精度紧格式用于定价欧式期权可以接近四阶精度.     

CONSERVATION OF THREE—POINT COMPACT SCHEMES ON SINGLE AND MULTIBLOCK PATCHED GRIDS FOR HYPERBOLIC PROBLEMS

For nonlinear hyperbloic problems,Conservation of the numerical scheme is important for convergence to the correct weak solutions.In this paper the the conservation of the well-known compact scheme up to fourth order of accuracy on a single and uniform grid is studied,and a conservative interface treatment is derived for compact schemes on patched grids .For a pure initial value problem,the compact scheme is shown to be equivalent to a scheme in the usual conservative form .For the case of a mixed initial boundary value problem,the compact scheme is conservative only if the rounding errors are small enough.For a pactched grid interface,a conservative interface condition useful for mesh fefiement and for parallel computation is derived and its order of local accuracy is analyzed.