Navier-Stokes方程的一种并行两水平有限元方法

基于区域分解技巧,提出了一种求解定常Navier-Stokes方程的并行两水平有限元方法．该方法首先在一粗网格上求解Navier-Stokes方程,然后在细网格的子区域上并行求解粗网格解的残差方程,以校正粗网格解．该方法实现简单,通信需求少．使用有限元局部误差估计,推导了并行方法所得近似解的误差界,同时通过数值算例,验证了其高效性．     

非定常Oseen方程最优控制问题的一种新型L~2投影稳定化方法

对非定常Oseen方程最优控制问题分析了一种新型L~2投影稳定化方法.空间采用工程上好用的多项式有限元P_l/P_l(l≥1)逼近,时间采用中心差分离散.该稳定化方法对速度和压力分别采用全局或局部L~2投影,不仅绕开了inf-sup条件对等阶元的束缚,而且克服了雷诺数较大,对流占优造成的解的震荡.该方法特点是,所有计算只需要在同一套网格上执行,不需要嵌套的网格或将速度和压力的梯度投影到粗网格上进行计算.给出了详细的误差分析,误差结果与雷诺数一致,且数值解的L~2误差与雷诺数无关.     

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     

非定常Stokes方程的全离散稳定化有限元格式

本文研究二维非定常Stokes方程全离散稳定化有限元方法.首先给出关于时间向后一步Euler半离散格式,然后直接从该时间半离散格式出发,构造基于两局部高斯积分的稳定化全离散有限元格式,其中空间用P_1—P_1元逼近,证明有限元解的误差估计.本文的研究方法使得理论证明变得更加简便,也是处理非定常Stokes方程的一种新的途径.     

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.     

新的投影混合稳定化方法在抛物问题中的应用

针对抛物问题提出一种新的投影混合稳定化方法.该方法基于等阶的混合有限元,相比通常的局部投影稳定化方法,增加了新的投影稳定项及压力跳跃项,有效地克服了等阶有限元不满足inf-sup条件而导致的解的不稳定性,也保证了该方法不仅对连续的压力空间适用,且对不连续的压力空间亦适用.本文证明了该方法的稳定性,并给出了误差估计.最后,数值算例验证了该方法的理论分析及有效性.     

二阶椭圆问题带单位分解技巧的两重网格方法

标准的两重网格方法是一种求解二阶椭圆问题的局部并行方法,其计算所得数值解在整个求解区域上并不连续使用单位分解技术,将各个子区域上的局部解粘合在一起,从而得到全局连续解,并证明此解在H1范数意义下最优.更进一步,可以证明通过在粗网格上修正,能够改善其L2误差.数值例子验证了理论的正确性.     

非定常对流扩散方程的局部和并行有限元算法

对基于两重网格的非定常对流扩散方程的局部和并行有限元算法进行了研究.算法的理论依据是两重网格的思想,解的低频分量可以用一个整体的粗网格空间来逼近,高频分量可以用局部和并行的细网格空间来逼近.因此,这种局部和并行算法仅仅涉及一个粗网格上的整体逼近和细网格上的局部校正.得到了算法的误差估计,一些数值例子验证了算法的有效性.     

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.     

对流扩散反应方程的局部投影稳定化连续时空有限元方法

本文将局部投影稳定化(LPS)方法和连续时空有限元方法相结合研究对流扩散反应方程,给出稳定化连续时空有限元离散格式.与传统的时空有限元研究思路不同,时间方向利用Lagrange插值多项式,解耦时间和空间变量,降低时空有限元解的维数,具有减少计算量和简化理论分析的优点.通过引入Legendre多项式给出了有限元解的稳定性...     

非定常Stokes方程的稳定化全离散有限体积元格式

本文研究非定常Stokes方程的有限体积元方法,给出一种基于两个局部高斯积分的稳定化全离散格式,并给其有限体积元解的误差分析.     

特征值问题协调/非协调有限元后验误差分析

本文研究对称椭圆特征值问题的有限元后验误差估计,包括协调元和非协调元,具有下列特色:(1)对协调/非协调元建立了有限元特征函数uh的误差与相应的边值问题有限元解的误差在局部能量模意义下的恒等关系式,该边值问题的右端为有限元特征值λh与uh的乘积,有限元解恰好为uh.从而边值问题有限元解在能量模意义下的局部后验误差指示子,包括残差型和重构型后验误差指示子,成为有限元特征函数在能量模意义下的局部后验误差指示子.(2)讨论了协调有限元特征函数的基于插值后处理的梯度重构型后验误差估计,对有限元特征函数的导数得到了最大模意义下的渐近准确局部后验误差指示子.     

Oseen方程的一种新的局部投影稳定化方法

对Oseen方程提出一种新的局部投影稳定化有限元方法,并且速度和压力采用inf-sup稳定的非协调有限元空间逼近．局部投影稳定化项仅加在子网格上(H≥h);与RFB方法相比,该方法稳定性项简单,并且可以克服对流占优．最后,通过实验证明,数值结果和理论结果完全一致．     

解Stokes特征值问题的一种两水平稳定化有限元方法

基于局部Gauss积分,研究了解Stokes特征值问题的一种两水平稳定化有限元方法．该方法涉及在网格步长为H的粗网格上解一个Stokes特征值问题,在网格步长为h=O(H2)的细网格上解一个Stokes问题．这样使其能够仍旧保持最优的逼近精度,求得的解和一般的稳定化有限元解具有相同的收敛阶,即直接在网格步长为h的细网格上解一个Stokes特征值问题．因此,该方法能够节省大量的计算时间．数值试验验证了理论结果．     

无界区域上 Stokes 方程组的混合有限元方法

本文讨论无界区域上 Stokes 方程组边值问题的有限元近似解.为了克服区域的无界性所造成的困难,本文采用“局部化”技巧,首先将问题化为一个等价的有界区域上的边值问题,然后求解这个等价问题的混合有限元近似解,最后给出了有限元近似解的误差分析.     

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．     

拟Newton流的一种新的稳定化方法

对一般的拟Newton流问题,针对(双)线性/(双)线性和(双)线性/常数两种低阶有限元空间,提出了一种新的稳定化方法．该方法可以看成压力投影稳定化方法从Stokes问题到拟Newton流问题的推广与发展．在速度属于W1,r(Ω),压力属于Lr′(Ω)(1/r+1/r′=1)下,给出了误差估计．服从幂律及Carreau分布的拟Newton流问题可看成该文的特殊情况．进一步地,还给出了基于残差的后验误差估计．最后给出的数值算例验证了理论结果．     

对流反应扩散方程的稳定化时间间断时空有限元解的误差估计

在流线迎风Petrov-Galerkin（SUPG）稳定化有限元数值格式的基础上,结合时间方向的变分离散,构造对流反应扩散方程的稳定化时间间断时空有限元格式.该类格式在工程上有一些数值模拟应用,但相关文献没有看到类似数值格式的理论证明.本文以Radau点为节点,构造时间方向的Lagrange插值多项式,证明了稳定化有限元解的稳定性,时间最大模、空间L²（Ω）-模误差估计.文中利用插值多项式和有限元方法相结合的技巧,解耦时空变量,去掉了时空网格的限制条件,提供了时间间断稳定化时空有限元方法的理论证明思路,克服了因时空变量统一导致的实际计算时的复杂性.     

有限元的渐近准确误差估计和局部超收敛性

[1—3]曾系统讨论有限元的局部(内部)超收敛理论,指出:一个局部区域只要剖分好而且解光滑,那么有限元逼近在该区域就有超收敛性。Babuska曾讨论某几种有限元的后验估计和渐近误差估计,但这些可算的后验估计量(也叫误差指示子error estima-tor)表达式复杂,计算麻烦,作自适应处理并不方便。实际上,后验估计与局部超收敛性有着天然的联系。本文证明,凡是有超收敛性的地方都可进行渐近准确误差估计,这种可     

一阶双曲问题间断有限元的后验误差分析

一阶双曲问题的有限元后验误差估计至今没有得到很好的解决.本文对d维区域上一阶双曲问题的k次间断有限元逼近提出了一种新的后验误差分析方法, 进而建立了间断有限元解在DG范数下(强于L₂范数)基于误差余量型的后验误差估计. 数值计算验证了本文理论分析的有效性. 本文方法也适用于其他变分问题有限元逼近的后验误差分析.