对流项二次迎风插值格式在非结构化网格中的应用

在有限容积法的基础上发展了非结构化网格的对流项二次迎风插值（QUICK）格式．详细推导了扩散项采用格林函数法、对流项采用改进的QUICK格式的离散方程，对顶盖驱动流和圆柱绕流问题进行了计算，讨论了不同Re下计算的准确性和格式的收敛性，并与高精度结构化网格计算结果进行对比分析．结果表明，该格式的临界网格Peclet数为8／3左右，与中心差分相比较，该格式的计算精度与其相当，对流稳定性好，收敛速度高．同等条件下较结构化网格对复杂区域的模拟更接近实际测量结果，是一种对复杂区域计算有应用前景的对流格式．     

结构化与非结构化网格中的导热计算

用基元有限容积方法求解热传导问题,同时采用结构化网格和非结构化网格,并和精确解相比较.虽然从两种网格形式,都能得到满意的结果,但结构化网格较三角形非结构化网格在规则区域更精确一些.为了提高非结构化网格的精度,二次扩散项是十分重要的.     

QUICK格式在非结构化网格中的应用

在有限容积法的基础上发展了非结构化网格的对流项二次迎风插值（QUICK）格式．详细推导了扩散项采用格林函数法，对流项采用改进的QUICK格式离散方程，对项盖驱动流和圆柱绕流问题进行了计算，讨论了不同Re下计算的准确性和格式的收敛性，并与高精度结构化网格计算结果进行对比分析．结果表明，该格式的临界网格Peclet数为8／3左右，与中心差分相比较，该格式计算精度相当，对流稳定性好，收敛速度高．同等条件下较结构化网格对复杂区域的模拟更接近实际测量结果，是一种对复杂区域计算有应用前景的对流格式．     

基于IGG的水力机械三维结构化网格的生成

网格质量对数值求解的稳定性及精度是至关重要的,结构化网格以其节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用.许多流动分析软件均采用结构化网格进行数值求解,对于几何形状复杂的水力机械过流通道,提高网格质量,尤其是提高网格的正交性成为计算是否收敛的关键.本文以一离心水泵过流通道部件,借助于网格生成软件IGG,进行了结构化网格划分,获得了理想的结果.     

有限单元法的非结构化网格及其自动生成

本文介绍了有限单元法非结构化网格的基本原理及其自动形成方法。由于有限元法是一种离散的数值求解方法，其近似求解方法的精确度，很大程度上取决于所形成网格的质量。另外，对于工程中一些形状复杂的问题，一般的网格生成方法很难对其进行离散。非结构化网格及其自动生成，使复杂形状的工程问题容易地进行离散，改善所形成网格的质量，提高近似计算的精确度，并且在有限元网格修正自适应分析中具有重要作用。     

NS方程的非结构化网格方法及其差分格式

采用同位非结构化网格上的有限体积法,对ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程的ＳＩＭＰＬＥ 算法及差分格式进行了研究．提出了适用于非结构化网格的不用求解单元顶点变量值的二阶混合差分格式．该格式的优点在于：１） 减少了计算工作量;２） 避免了普通混合差分格式因使用简单的一阶迎风差分格式所引起的网格界面方向相关性的问题．最后,采用三角形网格,利用提出的方法及差分格式,对方腔内的驱动层流及绕翼型湍流进行了数值计算,计算结果与基准解或实验值的符合程度优于普通混合差分格式     

流固移动边界网格剖分和更新的改进弹簧近似法

在分析顶点弹簧近似法基础上,改进标准弹簧近似法,推导出修正弹簧刚度,以提高其对大扭曲变形的适应能力.通过NACA0012翼型非结构化网格流场算例检验在大变形下,改进弹簧近似法生成网格的质量.通过映射方法,把改进弹簧近似法用于结构化网格,提高网格更新质量.引入网格单元的长宽比和倾斜度等2个参数以定量分析网格质量.分析表明,改进弹簧近似法亦可有效地运用于结构化网格.通过二维圆柱绕流算例验证了用本文方法在网格更新方面的正确性.     

基于弹簧近似的非结构化网格自适应处理方法

首先对弹簧近似法进行了说明,并对节点弹簧法和边弹簧法进行了对比.在边弹簧法的基础上,从调节弹簧平衡长度的角度出发,提出了一种非结构化网格的自适应处理方法,并结合有限单元法,给出了网格自适应处理的流程.最后,对一维对流扩散方程、二维线性抛物型方程以及欧拉方程进行了求解.计算结果表明:文中提出的网格自适应处理方法可以使几个问题的网格节点布置更为合理,有效地降低数值误差,提高计算精度,特别对于算例中所涉及的二维非结构化网格,自适应化过程中并没有出现网格重叠现象.     

一种基于非结构化网格的流体体积法界面重构方案

基于三角形非结构化网格,发展了一种类似于结构化网格简单直线界面计算方法的界面重构方案.该方法为纯欧拉方法,根据位于两相界面网格的相邻网格流体信息在该网格内部构造平行于某边的界面线,通过界面线与网格边界围成的几何形状计算流体输运,采用修正系数保证全局的质量守恒.对均匀平直速度场中的同心双运动界面、旋转速度场中的马蹄形界面和剪切流场中的圆形运动界面模型等3个经典算例,使用速度反向还原法检测了所提方法,7600个非结构化网格上的界面构造效果达到了6400个结构化网格的精度.     

基于GPU并行算法的水动力数学模型建立及其效率分析

应用非结构化网格建立水动力模型目前已经得到了广泛的应用.针对在网格数过多,且无集群机情况下难以快速获得计算结果这一问题,基于GPU的高性能计算技术,在CUDA开发平台下设计并行算法,建立非结构化网格的二维水动力模型.与利用GTX460显卡和集群机的计算效率对比表明,在保持计算精度的前提下,速度提升了一个量级,且随着网格数的持续递增,可以保持较高的加速比增幅,比较适合应用于大范围海域的水动力模型的数值计算.     

二维各向异性非结构化网格的自动生成与应用

根据生成适体坐标网络空间变换的思想，结合Delaunay非结构化网络生成技术，实现了各向异性非结构化网格的生成。部分算例表明，通过给定测度矩阵，可以控制生成预期的网格。 针对各向异性导热问题的控制容积有限元法（CVFE）离散数值计算表明，用各向异性网格比各向同性网格收敛快。     

非等距网格上奇异扰动问题的有限差分格式

考虑一维定常对流扩散方程的Dirichlet边值问题,利用Taylor级数构造一个基于非等距网格的有限差分格式,给出了格式的截断误差估计,并分析了其稳定性.采用网格生成函数构造非等距网格,并与一些已有的差分格式对比,数值实验表明该格式可以得到更为精确的数值结果,能很好地模拟边界层效应.     

放射性废物桶层析γ扫描动网格重建技术分析

提出一种应用于层析γ扫描技术（Tomographic Gamma Scanning, TGS）发射重建的自适应动网格加密算法.模拟了3种不同介质密度下不同位置单点源与多点源的TGS测量，对透射与发射重建结果进行了分析.结果表明，在多数情况下动网格的发射重建误差明显低于固定网格，网格数也少于固定网格；随着发射源半径增大或介质密度的增大，固定网格的发射重建误差也增大，但是动网格的发射重建误差相对较小，说明TGS在采用动网格进行发射重建后对整个废物桶截面以及对高密度介质均能取得较高的测量精度.     

辐射-导热耦合换热边界元算法

本文提出了一种求解辐射-导热耦合换热问题的边界单元算法(BEM),该方法将两种传热方式通过辐射热源耦合起来.首先,采用BEM对辐射传热方程、辐射热源方程和含有辐射热源的热传导方程进行离散;其次,利用辐射传热方程消除辐射热源方程中的辐射热流项;然后,根据Stefan-Boltzmann定律形成含有温度四次方以及热流密度表示的非线性代数方程组.出现在所有积分方程中的域积分由径向积分法转换成边界积分,形成了对于参与性介质问题也只需在边界上划分单元的纯边界元算法.最后,用Newton-Raphson迭代法对方程组进行求解.提供的数值算例将表明本文所介绍方法的正确性与有效性.     

空间分数阶Allen-Cahn方程的高效算子分裂格式

基于算子分裂思想,将空间分数阶Allen-Cahn方程分解为非线性方程和分数阶热传导方程,其中,非线性方程有解析解,分数阶热传导方程可利用生成函数的方法结合Crank-Nicolson格式建立差分格式.通过数值算例验证格式的有效性.结果表明:空间分数阶Allen-Cahn方程的高效算子分裂格式具有稳定性、收敛性及有效性.     

Non-Fourier Heat Conduction Effects During High-Energy Beam Metalworking

Non-Fourier heat conduction induced by ultrafast heating of metals with a high-energy density beam was analyzed. The non-Fourier effects during high heat flux heating were illustrated by comparing the transient temperature response to different heat flux and material relaxation times. Based on the hyperbolic heat conduction equation for the non-Fourier heat conduction law, the equation was solved using a hybridmethod co mbining an analytical solution and numerical inversion of the Laplace transforms for a semiinfinite body with the heat flux boundary. Analysis of the temperature response and distribution led to a criterion for the applicability of the non-Fourier heat conduction law. The results show that at a relatively large heat flux, such as greater than 108 W/cm2, the heat-affected zone in the metal material experiences a strong thermal shock as the non-Fourier effects cause a large step increase in the surface temperature. The results provide a method for analyzing transient heat conduction problems using a high-energy density beam, such as electron beam deep penetration welding.     

利用Laplace变换求解分数阶Allen-Cahn方程

考虑Caputo型分数阶Allen-Cahn方程的高效数值算法,利用Laplace变换将其转化为整数阶Allen-Cahn方程.利用算子分裂方法进一步将其分解为热传导方程和非线性方程.其中,非线性方程精确求解,热传导方程采用二阶差分方法求解.数值实验表明了所给格式的有效性.     

采用非结构网格的IDEAL算法实现及定压边界条件处理

在非结构网格系统中采用有限容积法对不可压N-S方程进行了离散,其中对流项采用二阶迎风格式,扩散项采用超松弛校正格式.通过修正的动量插值格式构造了压力方程,利用IDEAL算法处理压力与速度的耦合.利用Taylor展式导出了邻近边界内节点的压力计算公式,进而将边界静压引入到压力方程的迭代计算中,确保了边界信息向内部区域的有效传递.根据质量守恒定律分别导出了压力入口和出口边界的速度计算公式,结合伯努利定律给出了总压边界的处理方法.通过压力驱动管内层流、三通管层流以及浮力驱动流等几个典型算例对文中方法进行了考核,并将计算结果与文献中的基准解和实验值进行了对比.结果表明,不管是静压边界还是总压边界,采用该处理方法均能获得令人满意的结果,尤其对于大空间自然对流问题,可以在保证精度的前提下节省大量的存储空间和运算时间.     

二维交错网格高分辨格式的并行实现

分析了在交错网格的情况下的高分辨差分格式,由于这类差分格式不需要解Riemann问题,因此可用于求解弱双曲守恒律方程组初值问题,其具有计算简单、工作量少、编程简便等特点。利用大规模并行机,在MPI的环境下对求解Euler方程和浅水方程的高分辨差分格式进行了并行实现,其并行效果较好。