逆流式自然通风冷却塔流场及热质交换的数值模拟

以双曲型逆流式自然通风冷却塔为典型的研究对象，建立“热态模型”，即建立塔内气，水流动以及热质交换问题的数学和物理模型，在贴体非正交曲线坐标网格上用有限体积法构造差分格式，并运用ＳＩＭＰＬＥ算法对冷却塔流场和温度场进行了数值模拟。     

二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法

 时域有限差分（FDTD）算法求解电磁问题时，如果目标结构不能和传统网格体系共形，往往采用局部共形网格或非正交网格算法。详细讨论了二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法，该算法能方便地对倾斜薄层媒质或电导率不均匀的倾斜媒质等复杂结构建模,并以锥形电磁脉冲天线为例，验证了该算法的有效性。     

微波谐振腔的瞬态响应研究

应用非正交网格时域有限差分算法，模拟了在高斯脉冲和高斯脉冲调制正弦波激励下有激励孔微波谐振腔的激励和谐振过程，分析了谐振频率。模拟结果表明；在微波谐振腔内，激发出了最接近脉冲激励源主频的若干个谐振态。     

求解二维Euler方程有限单元边插值的降维重构算法

数值求解二维Euler方程的有限体积法（如k-exact，WENO重构、紧致重构等），无一例外地要进行耗时的网格单元上的二维重构.然而这些二维重构最后仅用于确定网格单元边界上高斯积分点处的解值，单元上二维重构似乎并非必需的.因此，文章提出用网格边上的一维重构来取代有限体积法中网格单元上的二维重构，分别在一致矩形网格和非结构三角形网格上发展了基于网格边重构的求解二维Euler方程的新方法，称为降维重构算法.数值算例表明该算法可以计算有强激波的无黏流动问题，且有较高的计算效率.      

用非正交曲线坐标系数值计算航空发动机加力燃烧室无化学反应的湍流流场

本文采用非正交曲线坐标系下非交错网格的SIMPLE方法对航空发动机加力燃烧室无化学反应的湍流流场进行了数值计算，湍流模型采用k-ε双方程模型．差分网格采用分区方法生成，计算时对整个流场进行分区迭代直至得到收敛结果．加力燃烧室湍流流场数值计算结果合理．     

二维非均匀多孔介质中不可压两相驱替的有限分析算法

为提高油藏数值模拟算法的计算效率,在求解单向稳态渗流的有限分析算法基础上,构建二维非均匀多孔介质中不可压两相渗流的有限分析算法.算法中,网格界面上的平均渗透率不是简单地取为相邻网格渗透率的调和平均值,而是通过奇点邻域解析解积分求得.相比于传统的数值算法,有限分析算法随着网格的加密,能够很快地收敛(仅需将原始网格细分至2×2或3×3),并且其计算精度和收敛性不依赖于介质的非均匀强度,从而计算效率得到提高.     

离心叶轮及无叶扩器内湍流的非结构化网格数值解法

利用非结构化网格上的有限体积法对三维湍流进行了数值研究,提出了不用求解单元顶点处变量值的二阶混合差分格式,既避免了复杂耗时的单元顶点处变量值的计算,又避免了普通差分格式在非结构化网格上易于引起网格界面方向相关性问题。最后利用非结构化网格计算程序,数值求解了一台离心风机内叶轮及无叶扩压器通道内三维相对定常湍流,计算结果与实验值的比较表明速度的计算值与实验值吻合较好。     

二维对流反应方程的高精度多重网格方法

利用一阶偏导数项的四阶紧致差分算子,直接推导出了数值求解二维对流反应方程的一种新的高精度紧致差分格式。为了提高差分方程的求解效率,采用多重网格加速技术,建立了与之相适应的多重网格V循环算法。数值实验结果验证了本文方法的精确性和可靠性。     

各向异性扩散问题Kershaw格式的守恒保正修复算法

针对各向异性扩散方程Kershaw格式的数值解在正交网格及扭曲网格上计算出负的现象,给出一种守恒的保正修复算法（CENZ）,该算法对简单遇负置零（ENZ）方法进行改进,使修复后的数值解不仅具有非负性,而且保持法向通量的局部守恒性.数值算例表明,该方法不受计算网格类型和扩散系数各向异性比的限制,可用于对任意违背单调性（或保正性）的有限体积格式数值解的修复.     

基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟

为数值求解描述不同物质间相位分离现象的高阶非线性Cahn-Hilliard(C-H)方程,发展了一种基于局部加密纯无网格有限点集法(local refinement finite pointset method,LR-FPM).其构造过程为:1)将C-H方程中四阶导数降阶为两个二阶导数,连续应用基于Taylor展开和加权最小二乘法的FPM离散空间导数;2)对区域进行局部加密和采用五次样条核函数以提高数值精度;3)局部线性方程组求解中准确施加含高阶导数Neumann边值条件.随后,运用LR-FPM求解有解析解的一维/二维C-H方程,分析粒子均匀分布/非均匀分布以及局部粒子加密情况的误差和收敛阶,展示了LR-FPM较网格类算法在非均匀布点情况下的优点.最后,采用LR-FPM对无解析解的一维/二维C-H方程进行了数值预测,并与有限差分结果相比较.数值结果表明,LR-FPM方法具有较高的数值精度和收敛阶,比有限差分法更易数值实现,能够准确展现不同类型材料间相位分离非线性扩散现象随时间的演化过程.     

多尺度有限差分法模拟复杂介质波传问题

利用有限差分和紧支集正交小波变换对波动方程的时间、空间进行联合近似求解,提出一种适合于一般边界非均匀耗散介质中波传问题数值模拟的快速自适应混合算法——多尺度有限差分(multiresolution finite difference缩写为MRFD)方法.将波传问题的求解转换到小波域中进行,利用小波基的自适应性与消失矩特性,使偏微分算子矩阵稀疏化,有效改善了计算量等.地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率 关键词： MRFD 小波变换 多尺度 波传问题     

基于非结构网格的高精度投影法

本文提出了一种基于非结构同位网格的求解非定常不可压缩流动的高精度投影算法。采用单元中心非结构网格,利用动量插值方法实现同位网格上的压力速度耦合,对流项和扩散项的时间离散均采用C-N格式,空间离散则分别采用QUICK格式和中心差分。运用二维衰减涡流动、圆柱绕流和顶盖振荡驱动流等经典算例对算法进行了考核,结果表明本文算法与实验结果或经典数值解良好吻合,时间和空间均达到了二阶以上的收敛精度。     

基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法

探讨一种基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法(high-order compact-FDTD),该方法不仅提高计算精度,而且网格结点少、内存使用率和CPU时间大为降低.利用紧致格式FDTD方法实现无耗波导系统及光子晶体光纤中电磁波传播的数值模拟.通过计算实例验证算法的高效性.     

基于分裂格式有限点集法对孤立波二维非线性问题的模拟

在提出一种基于时间分裂格式的纯无网格有限点集(split-step finite pointset method, SS-FPM)法的基础上,数值模拟了含孤立波的二维非线性薛定谔(nonlinear Schr?dinger, NLS)/(Gross-Pitaevskii, GP)方程.SS-FPM的构造过程为:1)基于时间分裂的思想将非线性薛定谔方程分成线性导数项和非线性项; 2)采用基于Taylor展开和加权最小二乘法的有限点集法,借助Wendland权函数,对线性导数项进行数值离散.随后,模拟了带有Dirichlet和周期性边界条件的NLS方程,将所得结果与解析解做对比.数值结果表明:给出的SS-FPM粒子法的优点是在粒子分布非均匀情况下仍具有近似二阶精度,且较网格类有限差分算法实施容易,较已有改进的光滑粒子动力学方法计算误差小.最后,运用SS-FPM对无解析解的二维周期性边界NLS方程和Dirichlet边界玻色-爱因斯坦凝聚二分量GP方程进行了数值预测,并与其他数值结果进行对比,准确展现了非线性孤立波奇异性现象和量子化涡旋过程.     

任意形状金属腔体内电磁脉冲的三维计算

提出了模拟任意形状腔体中的内电磁脉冲的三维直角坐标系时域有限差分(FDTD)算法。该算法采用FDTD共形网格技术模拟任意形状腔体的边界,可以解决腔体内非对称的边界问题。推导了射线斜入射的差分方程,进行了三维数值计算,并采用直角坐标系FDTD算法和柱坐标系FDTD算法计算了射线斜入射圆柱腔体产生的内电磁脉冲,二者吻合很好,验证了直角坐标系FDTD算法正确性。     

分段拉伸网格在分段点附近的平滑处理

在拉伸网格上进行高精度有限差分计算时,网格拉伸变换引入的几何参数常采用差分来近似。分段网格拉伸函数能够灵活地满足网格拉伸的需要,但是在分段点附近不光滑,几何参数的计算误差大,导致数值解的整体精度降低。为改善分段网格拉伸函数,本文针对喷流上下唇线的加密网格,构造了连续的网格拉伸函数以避免分段点,而对一般的分段网格,设计了基于拉格朗日插值的分段点平滑过渡算法。采用一维的一阶、二阶波动方程为考核算例,通过误差的网格收敛性来评估数值解的整体精度,并分析网格平滑处理对计算精度的影响。结果表明连续和平滑处理后的网格拉伸函数都能使数值解保持原有离散格式的理论精度。所得的网格平滑处理算法可以为提高使用分段网格的流场模拟精度提供参考。     

水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法.程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.     

二维声子晶体带隙计算中的时域有限差分方法

通过将各向同性介质动态弹性方程转化为一阶双曲型波动方程，采用交错网格法改进了O(2,4)的时域有限差分算法. 进而将其应用于二维声子晶体带隙特性计算，理论计算结果和实验结果符合较好，证明该方法适用于声子晶体带隙特性的计算. 关键词： 声子晶体 声子带隙 时域有限差分 交错网格PACC：     

辛时域有限差分算法研究等离子体光子晶体透射系数

相较于传统的时域有限差分算法,辛时域有限差分算法具有高准确度性和低色散性.传统的时域有限差分算法的计算准确度较低,数值色散误差较大,并且破坏了麦克斯韦方程的辛结构,从而导致其稳定性较差.然而辛时域有限差分算法可以克服这些缺点,从而保证了整个仿真计算的准确性和稳定性.本文基于辛时域有限差分算法,对等离子体光子晶体的带隙特性,透射系数等进行了研究,并与传统的时域有限差分算法进行了对比,验证了辛时域有限差分算法的优势和可行性.     

求解参与性介质内辐射传递问题的无网格有限差分法

本文应用无网格有限差分法求解参与性介质内辐射传递问题。无网格有限差分法源于广义有限差分法,利用局域泰勒多项式展开和具有插值特性的移动最小二乘,直接构造任意计算点待求函数的近似值及其各阶导数的差分格式,计算效率高,满足插值特性。本文检验了该算法求解辐射传输方程的稳定性;分别求解一维和二维参与性介质内辐射换热问题,算例结果与已有文献对比,表明了无网格有限差分法求解辐射传递问题的有效性和高精度。