不可压缩粘性流问题的数值方法

不可压缩粘性流问题的数值计算是现代计算物理中的一个重要问题,但至今尚缺乏系统的差分解法和严格的误差估计,主要困难在于怎样处理非线性项和描述其计算的稳定性。 本文根据物理原则和网格步长非零的特点,提出了加权平均守恒法、修正逆风法、人工振动补偿法和非线性项局部显式-隐式法。根据非线性格式特点提出了广义稳定性,并证明了二类不等式,它们相当有助于高维、非线性、显式-隐式加权的多层差分格式的严格误差估计。文中还把上述方法应用于三维涡度方程、n维Navier-Stokes方程和k,d,V-Burgers方程等。     

二维不可压缩流的谱方法

本文以二维涡度方程为模型,介绍了谱方法和拟谱方法以及它们与差分方法和有限元法相结合的混合解法．这些方法可推广应用于其它一些类似的非线性问题．本文还给出了这些方法的某些数值例子和误差估计结果     

不可压缩粘性流问题的修正逆风格式

<正> 为方便计,本文仅以二维涡度方程为例来说明这一方法的基本思想及其严格误差估计。在数值气象预报等实际问题中,通常把这个方程化为     

纽结补中的不可压缩分段不可压缩曲面

本文利用扭转交叉数（twist-erossing number)讨论扭结补中的不可压缩分段不可压缩曲面的性质,设K是一个排叉结（pretzel knot)或者是一个扭转交叉数少于6的有理纽结,如果F是S^3-K中的不可压缩分段不可压缩曲面,那么F是一个穿孔球面。     

一类可压缩流的马赫数极限

该文证明了在二或三维情形下, 当马赫数趋于零时, 一类完全可压缩Navier-Stokes方程的解收敛到相应的完全不可压缩Navier-Stokes方程的解.     

纽结补中不可压缩且配对不可压缩曲面的性质

本文主要利用链环补空间中曲面拓扑图的性质来研究一类链环L(n,3)(n∈Z~+)补空间中处于标准位置的不可压缩且配对不可压缩曲面F的性质,进而得到曲面F的特征数.首先,根据纽结的性质,对一类链环L(n,3)进行研究,给出这类链环的分类,然后对于标准化后的链环L(n,3),如果F?S~3-L(n,3)为不可压缩且配对不可压缩曲面,则F为穿孔球面.     

大参数可压缩流的初边值问题

其中ρ~λ是密度,v~λ是流速,p=p(ρ)是状态方程,且dP/dρ>0(ρ>0),理想可压缩流的状态方程可写成 p(ρ)=Aρ~r,(A>0,r>1均为常数)λ是参数,     

可压缩流初边值问题的奇异极限

本文研究可压缩流初边值问题的奇异极限。利用方程组本身的特殊结构,采用相消法,克服了系数奇异(大参数)所带来的困难,通过能量估计得到了如下结果:1.当Mach数的倒数λ趋大时,局部光滑解存在唯一,且解的“生命跨度”(即延续时间)与参数λ无关。2.固壁特征边界和非特征边界可以得到统一处理。3.它的极限解满足不可压缩流的初边值问题。     

不可压缩流体的湍流理论

本文从湍流Reynolds平均运动方程和逐阶速度关联的动力学方程出发,引进了准相似性条件和对关联方程中耗散项的假定,利用逐级近似方法发展了湍流理论.作为一级近似的应用例子,我们曾在忽略三阶关联项下,求解了湍流槽流,平面尾流和射流的平均运动方程和二阶关联方程,得到了理论和实验符合的结果. 本文在一级近似的基础上,进一步引进了三阶和四阶关联的方程作为二级近似,并求解了平面湍流尾流.得出的三阶关联的理论计算和现有的实验的比较是令人满意的.理论也给出了四阶关联。它可以用实验来验证.也可以用它求更高阶的关联.     

可压缩井流问题解的正则性

在文献[1]中利用[2-4]中引进的Torelli变换把可压缩井流问题归结为一个发展型变分不等方程,研究了解的存在唯一性,本文在此基础上研究解的正则性。     

不可压缩流问题低次元稳定有限体积数值方法研究

分析了R^d,d=2,3维不可压缩流Stokes问题低次元稳定有限体积方法,它主要利用局部压力投影方法对两种流行但不满足inf-sup条件的有限元配对(P_1-P_0和P_1-P_1)在有限体积方法的框架下进行稳定;利用有限元与有限体积方法的等价性进行有限体积方法理论分析.结果表明不可压缩流Stokes问题在f∈Hd,d=2,3维不可压缩流Stokes问题低次元稳定有限体积方法,它主要利用局部压力投影方法对两种流行但不满足inf-sup条件的有限元配对(P_1-P_0和P_1-P_1)在有限体积方法的框架下进行稳定;利用有限元与有限体积方法的等价性进行有限体积方法理论分析.结果表明不可压缩流Stokes问题在f∈H¹情况下,本文方法得到的解与稳定有限元方法解之间具有O(h1情况下,本文方法得到的解与稳定有限元方法解之间具有O(h²)阶超收敛阶结果,且稳定有限体积方法取得了与稳定有限元方法相同的收敛速度,与稳定有限元方法比较,稳定有限体积方法计算简单高效,同时保持物理守恒,因此在实际应用中具有很好的潜力。     

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     

粘性不可压缩流体运动的有限元法

大约从七十年代开始,粘性不可压缩流体运动的有限元方法已引起了广泛的注意,到现在为止,已出版有各种专著和文集,和大量论文.象在固体力学中一样,有限元法在流体力学的计算中可以适应复杂的边界形状,边界条件的引进也十分自然,因此是一个有力的工具, Stokes方程组是Navier-Stokes方程组的定常形式和线性化,它是粘性不可压缩流体力学的各种方程组中最简单的一个,因此研究得最充分.对于它的研究具有典型性和普遍性的意义,人们往往可以从中得到关于更复杂的方程组的性质的一些启示,它的有限元解法也是更一般的方程组的解法的基础.     

可压缩Navier-Stokes方程平面Couette-Poiseuille流的线性不稳定性

主要研究可压缩流平面Couette-Poiseuille流的不稳定性.利用线性算子的扰动理论,得到当上板的速度小,且马赫数和雷诺数满足一定关系时,可压缩流平面Couette-Poiseuille流扰动问题是不稳定的.     

奇数维可压缩液晶流方程解的逐点估计

首先, 本文利用标准的能量估计方法得到高维(3 维及以上) 的液晶流方程组小初值经典解的整体存在性. 然后, 本文运用Green 函数方法, 得到奇数维情形(3 维及以上) 该解的逐点估计. 该结果表明, 密度ρ和动量m同Navier-Stokes 方程组一样满足一般Huygens 原理, 而单位向量场d则没有这种现象, 其有着与热方程的解类似的时空估计.     

不可压缩均匀各向同性湍流的统计理论

本文根据均匀各向同性湍流的涡旋结构理论,从Navier-Stokes方程出发,引进了准相似性条件,认为均匀各向同性湍流场在衰变过程中具有相似性,相似性尺度由表征湍流强弱的湍流脉动速度均方差q以及与特征涡旋尺度具有密切关系的湍流广义Taylor微尺度λ所决定,在对均匀各向同性湍流场计算中,假定湍流脉动在空间呈周期性,周期性尺度正比于λ。 本文对脉动速度等物理量用Fourier级数展开,将在物理空间上的计算转化到谱空间上,利用快速Fourier变换,采用前差格式和Leap-frog格式,对不同Reynolds数的均匀各向同性湍流场从衰变后期到前期进行了计算,得出了与实验较符合的结果。     

可压缩流方程组的大范围解和渐近展开

近年来,对数学物理方程中含有大参数的奇异情况进行了一系列的研究。 [1]—[4]引入了“平衡能量”的概念和带权模的技巧研究了可压缩流方程组及磁流体力学方程组Cauchy问题的奇异极限,得到了局部可微解的存在和唯一性定理。 [5]—[8]利用各种不同的方法克服了边界区域能量估计的困难,研究了大参数可压缩流初边值问题的奇异极限,得到了相应的结果。     

不可压缩材料分析的界带有限元

针对完全不可压缩材料系统(ν=0.5),提出流函数的概念,给出相应的变分原理,并进行数值分析．流函数的引入涉及到高阶微分,为此提出界带有限单元．该单元基于界带理论,能够很好地解决具有高阶微商的变分原理所带来的高阶近似问题．     

不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性的大涡模拟

对不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性问题建立被动标量输运模型,用大涡模拟方法计算了正弦初始扰动和随机初始扰动下不稳定性发展各个阶段的瞬时速度场和标量场,以及混合过程中计算尺度和亚格子尺度上的平均湍流脉动能、平均剪切应力和被动标量通量;分析了界面形状、被动标量浓度分布的演化规律及气泡、尖钉速度和混合层宽度随时间的变化规律,计算结果与其他数值模拟和实验结果相吻合,验证了大涡模拟方法应用于该问题的可行性.