Arnoldi方法简述及其在流动稳定性中的应用

流动稳定性问题常常归结于巨型非对称矩阵特征值问题。多数求解巨型非对称矩阵特征问题的算法均是经基本的Arnoldi算法演化而来。首先简述基本的Arnoldi算法; 其次简述基于Arnoldi算法的几类变体, 如显式重启Arnoldi算法,隐式重启Arnoldi算法与多重隐式重启Arnoldi算法; 最后基于Arnoldi算法及其变体结合谱位移技术求解计算流动稳定性问题, 并通过数值实验比较可知结合谱位移技术的多重隐式重启Arnoldi算法的求解效率最高。      

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。     

气动声学中声传播问题的辛算法研究

引入辛算法对气动声学中的声传播问题进行了数值研究。采用Hamilton系统描述理想气体的声波方程,时间离散采用辛可分Runge-Kutta方法,空间离散采用近似解析方法,构造声波方程的保辛格式。将辛算法和有限差分算法分别在数值频散和计算效率等方面进行了对比分析,研究结果表明:辛算法能够有效地抑制数值频散,在计算效率方面具有明显的优越性。声传播特性模拟结果表明辛算法能够准确地模拟点源声辐射、声波干涉、反射及衍射现象。     

构造哈密尔顿系统jet辛差分格式的生成函数法

考虑哈密尔顿系统的保结构算法,在经典哈密尔顿系统的jet辛算法的基础上,给出了一般哈密尔顿系统的jet辛差分格式的定义.并利用带有变系数辛矩阵的一般哈密尔顿系统中的构造辛差分格式的生成函数法的思想,来建立由一般的反对称矩阵所确定的微分二形式与生成函数的关系,再利用哈密尔顿-雅可比方程来构造jet辛的差分格式.     

辛格式在强激光场一维模型问题计算中的应用

 将辛算法推广到复辛空间，指出了辛算法保定态Schr-dinger方程的Wronskian守恒。将辛算法应用于强场一维模型的计算中，并与Runge-Kutta法作了比较。结果显示，辛算法保持定态Schr-dinger方程的Wronskian守恒，适合于在充分 远空间上计算线性无关解，是计算强激光场一维模型的合理的数值方法。     

辛Runge-Kutta方法在求解Lagrange-Maxwell方程中的应用研究

给出了采用辛Runge-Kutta (R-K)方法求解Lagrange-Maxwell方程的数值积分方法, 并数值研究了RLC电路弹簧耦联系统中极板的运动及电流的变化情况, 其计算结果和传统的R-K方法相一致, 说明利用辛积分算法研究机电动力系统是合理和有效的, 并在此基础上采用辛R-K方法研究了Noether意义下的形式不变性.     

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     

对声波和弹性波传播模拟的Hamilton系统方法

建立了离散化网格上的准粒子体系，引入此体系的Hamilton系统描述，用来模拟声波和弹性波的传播.介绍了准粒子间相互作用的九点模型并给出互作用系数.证明了Hamilton系统方法 和声波、弹性波方程的关系，并给出两个方法中所使用物理量的关系.使用辛算法对给定的 介质模型进行数值模拟. 关键词： Hamilton系统方法 九点互作用模型 声波方程 弹性波方程 辛算法     

求解电阻电路的传递辛矩阵方法

本文以电阻一端的电压和电流值作为状态参量,将电阻电路的计算纳入辛体系,以简单电阻电路、电阻多级串联电路以及多支路复杂电阻电路为例给出了电阻电路的传递辛矩阵解法,只需求出传递矩阵,再结合边界条件便可对问题进行求解.这种算法只涉及简单的矩阵计算,易于理解,便于编程,为电阻电路的计算提供了一种新的计算方法.算例验证了本文方法的正确性.将辛方法引入大学物理相关内容的教学之中,有助于学生深入理解与认识物理学内在性质.     

求解刚性方程组的半隐式龙格-库塔方法

龙格-库塔方法在求解常微分方程组初值问题时有着广泛的应用，隐式龙格-库塔方法还有较好的数值稳定性，但是每一步都需要进行迭代，计算量较大，而半隐式龙格一库塔方法有一个明显的优点，它既保持隐式龙格-库塔方法的良好数值稳定性，而工作量却小得多，适应范围要比Treanor方法广，它对微分方程组右端函数的Jacobi矩阵没有特殊要求，     

一种隐式预处理方法及其在定常和非定常流动数值模拟中的应用

将Choi-Merkle矩阵预处理方法与LU-SGS隐式方法、双时间法以及多重网格方法结合,发展适用于绕飞行器定常和非定常粘性流动的高效隐式预处理计算方法和程序.介绍一种针对定常和非定常流动的LU-SGS隐式预处理方法的统一表述方法.在不改变流动解的前提下,对Navier-Stokes方程的伪时间导数项实施Choi-Merkle矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性,使基于LU-SGS时间推进格式的数值模拟方法同时适用于从极低马赫数到可压缩范围内的数值模拟.对Jameson中心格式的人工粘性进行相应的修改,以提高低速流动的计算精度.翼型、机翼以及翼身组合体绕流的数值模拟研究表明,隐式预处理方法获得了很高的计算效率,可使马赫数0.1左右的低速流动计算时间减少50%以上;通过对现有可压缩计算程序进行小量改动,便可使其均匀覆盖整个低速流动范围,提高CFD程序在飞行器绕流数值模拟中的实用性.     

广义Zakharov-Kuznetsov方程的多辛Preissmann格式

广义Zakharov-Kuznetsov 方程作为一类重要的非线性方程有着许广泛的应 用前景,基于Hamilton 空间体系的多辛理论研究了广义Zakharov-Kuznetsov方程的数值 解法,讨论了利用Preissmann 方法构造离散多辛格式的途径, 并构造了一种典型的半隐 式的多辛格式, 该格式满足多辛守恒律、局部能量守恒律. 数值算例结果表明该多辛离 散格式具有较好的长时间数值稳定性.     

广义Zakharov-Kuznetsov方程的多辛Preissmann格式

广义Zakharov-Kuznetsov方程作为一类重要的非线性方程有着许多广泛的应用前景,基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了广义Zakharov-Kuznetsov方程的数值解法,讨论了利用Preissmann方法构造离散多辛格式的途径,并构造了一种典型的半隐式的多辛格式,该格式满足多辛守恒律、局部能量守恒律.数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性.     

流函数Navier-Stokes方程的交替方向部分隐式和完全隐式解法

本文给出了数值求解以流函数表示的Navier-Stokes方程的交替方向部分隐式和交替方向完全隐式方法;作为算例,计算了低雷诺数的二维方腔流动问题,并与已知结果进行了比较。     

一维Gross-Pitaevskii方程的高阶紧致分裂步多辛格式

首先把一维Gross-Pitaevskli方程改写成多辛Hamiltonian系统的形式,把形式通过分裂变成2个子哈密尔顿系统.然后,对这些子系统用辛或者多辛算法进行离散.通过对子系统数值算法的不同组合方式,得到不同精度的具有多辛算法特征数值格式.这些格式不仅具有多辛格式、分裂步方法和高阶紧致格式的特征,而且是质量守恒的.数值实验验证了新格式的数值行为.     

交替方向法在地下水渗流计算中的应用

本文应用交替方向显式法、交替方向隐式法和隐式交替方向迭代法进行了地下水饱和-不饱和渗流的数值计算和比较,研究了计算中出现的迭代不收敛和结果失真等问题。在采用特定形式的附加项的基础上,给出了全隐式交替方向迭代格式,并对不同尺度的计算模型得到了良好的计算结果。文中对附加项的形式和有关参数的选取作了分析比较,给出了较为理想的结果。     

非线性热传导方程的分组隐式解法及数值结果

对于激光物理研究中提出的一个非线性热传导问题,利用Saul'yev非对称格式构造了适合并行计算的分组隐式解法.数值试验表明,新算法与通常的隐式算法计算精度相当,迭代次数相同.     

孤立波方程的保结构算法

讨论了孤立波方程的保结构差分算法,以一些经典的孤立波方程为例,如KdV,sine-Gordon,K-P方程,给出了它们的辛和多辛结构,说明辛和多辛算法的可适用性．提出局部守恒算法和广义保结构算法的概念,它们是保结构算法的概念自然推广．还给出一种能系统构造局部守恒格式的复合方法．数值例子说明,保结构数值能很好模拟各种孤立波的演化。     

一类特殊非完整力学系统的辛算法计算

对一类特殊的非完整力学系统的动力学性质进行数值研究,采用当前比较优越的保结构算法进行数值计算,并和传统的Runge-Kutta方法进行比较. 通过计算结果的比较而得出辛算法在这类特殊的非完整力学系统的数值计算中的优越性. 关键词： 非完整约束 辛算法 辛差分格式     

激光对光学薄膜加热过程的数值分析

采用“交替隐型算法”对光学薄膜中的加热过程进行了数值分析,求解得到了薄膜中的二维温度场,并给出一些计算实便。