解不可压缩流体力学问题的降阶法Ⅰ.基本算法

在本系列文章里,我们提出一种新的解不可压缩流体力学问题的有限元方法——降阶法。这种算法是通过寻找空间V~h的一组简单的基函数从而对原来的混合有限元问题降阶来实现的。它的优点是非常节省机时和内存。作为这一系列文章的首篇,本文提出了降阶法的基本算法,并对一个具体的有限元格式给出了空间V~h的非常简单的基函数及降阶法的具体步骤。     

解不可压缩流体力学问题的降阶法——Ⅱ.空间Vh的基函数和误差估计

本文对于一大类数值求解二维Navier-Stokes方程边值问题的有限元格式给出了零散度空间V^h的一组简单基函数,讨论了速度的数值误差对压力的数值解的影响,并提出一个改进算法。     

结合KFVS方法的RKDG有限元格式求解可压缩流体力学方程组

迎风格式被应用于双曲守恒率方程组求解时，往往需要计算精确或近似的Riemann解，这无疑增加了数值算法的复杂性。为了能降低迎风格式的这一复杂性，直接对宏观通矢量进行分裂的迎风算法—通矢量分裂算法FVS(Flux Vector Splitting)的研究引起了人们的广泛关注。第一个通矢量分裂算法是Sanders和Prendergast基于气体分子动力学理论提出的Beam格式。由于Beam格式构造的基础是用3个Delta函数逼近分子速度平衡分布函数Maxwell分布函数，因而格式的数值耗散仍然比较大。类似于Beam格式，     

二阶可降阶微分约束系统的形式不变性

研究具有二阶可降阶微分约束的力学系统的形式不变性．采用两种方法：一是用不可降阶微分约束系统的方法；另一是用降阶后系统的方法．研究两种方法之间的关系．结果表明，用后一种方法可能会失掉一些对称性． 关键词： 约束力学系统 微分约束 降阶 形式不变性 守恒量     

非线性不可压缩霍尔磁流体方程组的精确解

得到了不可压缩理想霍尔磁流体方程组的平面波精确解,这些平面波是斜传播的左旋圆极化波或右旋圆极化波,并且涨落速度和涨落磁场通过波数联系起来。讨论了这些平面波解的叠加性质。当波的传播方向平行时,任意两支圆极化平面波都可以叠加;而当波的传播方向不平行时,只有极化方向相同,波数相同,且各自的旋度与自身都是同方向(或都是反方向)的两支圆极化平面波才可以叠加。     

不可压缩流基于块预处理的并行有限元计算

发展了一个模拟非定常不可压缩粘性流的并行有限元求解器,时间离散使用具有二阶精度的隐式中点格式,基于三维非结构四面体网格剖分,使用高阶混合有限元离散速度场（P2）和压力场（P1）.全离散格式产生的代数方程组是大型、稀疏、非对称和病态的,基于修正的压力对流扩散预处理（PCD）和精心设计的子问题迭代执行策略,采用预处理的GMRES迭代法来高效求解线性方程组.利用相同的子问题迭代策略,同时给出基于最小二乘交换子（LSC）预处理的并行效率对比.大量数值算例验证了算法的精度、可扩展性和可靠性.三维驱动方腔流模拟结果（Re=3200.0）清晰地显示了方腔流中主涡（PE）、下游二次涡（DSE）、上游二次涡（USE）、侧壁涡（EWV）和TGL涡的存在.     

不可压缩流的并行两水平稳定有限元算法

提出一种数值求解定常不可压缩Stokes方程的并行两水平Grad-div稳定有限元算法。首先在粗网格中求解Grad-div稳定化的全局解, 再在相互重叠的细网格子区域上并行纠正。通过对稳定化参数、粗细网格尺寸恰当的选取, 该方法可得到最优收敛率, 数值结果验证了算法的高效性。     

变系数瞬态热传导问题边界元格式的特征正交分解降阶方法

提出了一种基于边界元法求解变系数瞬态热传导问题的特征正交分解(POD)降阶方法,重组并推导出变系数瞬态热传导问题适合降阶的边界元离散积分方程,建立了变系数瞬态热传导问题边界元格式的POD降阶模型,并用常数边界条件下建立的瞬态热传导问题的POD降阶模态,对光滑时变边界条件瞬态热传导问题进行降阶分析.首先,对一个变系数瞬态热传导问题,建立其边界域积分方程,并将域积分转换成边界积分;其次,离散并重组积分方程,获得可用于降阶分析的矩阵形式的时间微分方程组;最后,用POD模态矩阵对该时间微分方程组进行降阶处理,建立降阶模型并对其求解.数值算例验证了本文方法的正确性和有效性.研究表明:1)常数边界条件下建立的低阶POD模态矩阵,能够用来准确预测复杂光滑时变边界条件下的温度场结果;2)低阶模型的建立,解决了边界元法中采用时间差分推进技术求解大型时间微分方程组时求解速度慢、算法稳定性差的问题.     

解流体力学方程组的一种隐式完全守恒差分格式

对Lagrange非守恒流体力学方程组给出了一种隐式完全守恒差分格式,既保证了质量、动量和总能量守恒的差分近似,又能满足内能与动能的平衡特性,提高了数值解的精度。并用该格式对两个可压缩理想流体模型进行了数值计算,并与其它差分格式作了比较。     

解Hamilton-Jacobi方程的不连续有限元方法

将两类具有不同基函数的有限元应用于Hamilton Jacobi方程,得到了求解Hamilton Jacobi方程的不连续有限元数值格式,并证明了这两类格式数值解在一定条件下收敛于Hamilton Jacobi方程的弱解.数值实例比较了两类格式的精度和分辨间断的能力.     

一个Саульев型格式及其对二维粘性不可压缩流的应用

在本文中,我们提出了一个稳定的求解扩散——对流方程的Саульев型格式,并提出了它的单调性和自调性。最后将其应用于二维粘性不可压缩圆柱绕流的计算,与已发表的数值结果和实验结果相比较表明我们的计算结果是好的。     

带运动部件的不可压缩流动MPS法数值模拟

本文对移动粒子半隐式法(MPS),一种适用于计算粘性不可压缩流动的全拉格朗日无网格法进行了研究.在原有MPS方法的基础上建立了移动边界作用模型,实现了由于流体中运动部件的平动或转动而引起的流场变化,扩展了MPS方法的应用范围.将计算结果与精确解进行了比较,验证了带运动部件的MPS方法的正确性.同时对十字搅拌器进行了数值模拟,很好地描述了对液体的搅拌过程.为这一类流体机械问题的研究提供了新的数值研究方法.     

解对流扩散方程的四阶耗散的单侧逼近指数型格式

本文构造了一种带权的六点格式,讨论了它的稳定性条件,证明了这种格式的解对微分方程的真解具有单侧逼近的性质;当适当选取权数θ=θ₀时,这种格式是一种四阶耗散格式,不仅数值耗散很小,而且满足稳定性条件,不出现非物理振荡;还证明了C.J.Chen的有限分析格式_[1]在一定条件下是这种带权格式的一个特殊情形,因此也具有单侧逼近性质;最后给出了几个算例说明上述性质。     

解波动方程反问题的修正PST迭代格式

本文提出两个修正的PST迭代格式,并给出了数值试验的对比结果。试验结果表明,该格式能在一定程度上降低对初值的要求,也能减少一定的计算量。     

电子的相对论平均场理论与一阶、二阶Rashba效应

用多体平均场意义下电子的Dirac方程讨论了电子自旋动力学及其相关问题. 在大分量Dirac方程的非相对论展开中讨论了电子自旋动力学的高阶效应,并且在二维情形下得到了包括一阶和二阶Rashba效应的电子自旋动力学哈密顿量,求出了相应的包括二阶Rashba效应的哈密顿量的能量和波函数的本征值解,由此讨论了二阶Rashba效应修正的物理含义和大小. 关键词： 二阶Rashba效应 自旋电子学 Dirac方程 相对论平均场理论     

交通流问题的有限元分析与模拟(Ⅲ)

将交通流Zhang H M模型和吴正模型改进为包括车道数变化的情况,指出它们与传统的L-W理论模型方程的联系和区别,并将Runge-Kutta间断Galerkin有限元方法推广应用到这些模型的数值求解.数值模拟包括红绿灯、车道数改变和非平衡状态时的超车行驶等交通流现象.     

任意激励下一阶电路的积分解及三要素法

给出任意激励下一阶电路的积分解,并由此导出三要素法公式。     

解各向异性散射输运问题的双向间断有限元方法

本文以球几何为例研究了解各向异性散射中子输运问题的双向间断有限元方法、介绍了算法,给出了逼近解的范数估计,证明了解的唯一性和算法的稳定性,并给出了数值结果。