用脉冲谱-优化法求解对流-扩散方程源项控制反问题

作者曾撰文求解了对流-扩散方程边界条件控制反问题，可根据下游河道的环境容量反求上游边界的限制浓度，作为确定排放标准的参考．在此基础上，本文求解对流-扩散方程的另一类反问题——源项控制反问题，并考虑了水流自净能力；作为典型的算例，可根据下游河道的环境容量反求散布在上游河道中的若干个污染源的限制强度．本文的成果与前文的成果相结合，可基本解决一维河道的污染源控制问题．解算方法仍为作者在前文中提出的脉冲谱-优化法，但本文导出了目标泛函对未知源项的变分的解析表达式．计算结果表明，用脉冲谱-优化法求解源项控制反问题，避免了传统的“试错法”，求解所需的信息少，计算精度高、速度快，能一次解出若干个污染点源的限制强度，在环境水力学领域有广泛的实用意义，也可用于泥沙悬移质控制问题．     

扩散方程反问题的脉冲谱算法

本文使用作者在文献[1]中提出的脉冲谱技术的一般程序模式来解决抛物型方程反问题,并指出其中的实际计算要点。     

二维对流—扩散方程反问题的求解

本文针对环境工程中的污染排放控制问题，提出并求解了二维对流－扩散方程的边界条件控制反问题和源项控制反问题，上游单个线源的简单排放，可提为边界条件控制反问题，并应用Ｇｔｅｅｎ函数直接法实现反演。其计算过程简单，计算速度快，精度高。多个污染源的复杂排放，可提为源项控制反问题，并采用脉冲谱－优化法实现反演控制。计算结果表明，该法收敛速度较快，计算效率较高，此外，本文所提出的计算方法还可应用于热输运和泥沙     

一步波动方程法求解对流-扩散方程

把波动方程法的分步求解合并为一步求解,从而提高了计算效率．采用集中质量、显式有限元法求解非定常对流－扩散方程．在对流项和扩散项比值任意的情况下,一维算例得出与精确解一致的数值结果．数值解不振荡,耗散误差也很小．而且在满足稳定性的条件下,柯朗数的大小对数值解的精度基本没有影响,时间步长和空间网格的选取比较灵活,这在实际应用上很有意义．     

一步波动方程法求解对流—扩散方程

把波动方程法的分步求解合并为一求解,从而提高了计算效率,采用集中质量,显式有限元法求解非定常对流－扩散方程,在对流项和扩散项比值任意的情况下,一维算例得出与精确解一致性值结果,数值解不振荡,耗散误差也很小,而且在满足稳定性的条件下,柯朗数的大小对数值解的精度基本没有的影响,时间步长和空间网格的选取比较灵活,这在实际应用上很有意义。     

谱元方法求解对流扩散方程及其稳定性分析

探讨了一维对流扩散方程的一种高精度数值解法,该解法在空间上采用了Chebyshev谱元方法,在时间上结合了半隐式Adams方法。通过数值算例验证了解法的可行性,利用特征分析法得到了对流扩散方程谱元求解时不同离散形式的稳定性条件,并对数值求解的稳定性进行了预测。通过时间步长、网格划分、对流项和黏性项插值阶数的影响研究表明:耦合Chebyshev谱元方法和半隐式Adams方法在求解对流扩散方程时能够获得高精度的数值解;时间离散时Adams方法的黏性项采用一阶插值形式、对流项采用二阶插值形式,在未增加计算量的同时能够获得较大的稳定区域和较高的计算精度。     

数值级数法求解一维对流扩散方程

给出求解一维对流扩散方程的新方法叫数值级数法。该方法的特点是在离散后的网格点处用级数表示数值解。数值算例表明在计算时取级数前六项就可以达到很高的精度,该方法还有非常好的收敛性和稳定性,因此数值级数法是一个实用的方法。     

一种求解反应对流扩散方程的稳定化谱元方法

针对谱元方法求解二维非稳态反应对流扩散方程中出现的稳定性问题,提出了一种稳定的高精度数值方法。该方法在空间上将Chebyshev谱元方法和一致逼近迎风方法相结合,时间上采用分步θ-格式。通过解析解算例验证了该方法的精度及数值稳定性,并对含有不同类型边界层的反应对流扩散问题进行了求解。研究表明:一致逼近迎风项的增加扩大了谱元方法求解反应对流扩散方程的稳定域,在对流项及反应项占优时保持了数值解的高精度;对于含有边界层的复杂反应对流扩散问题,数值解在整个计算区域内获得了一致收敛的结果。研究工作对谱元方法在反应对流扩散问题高精度数值求解中的应用提供参考。     

二维对流-扩散方程反问题的遗传算法求解

给出了利用遗传算法求解二维定常对流－扩散方程参数反演的一种新方法,该方法把参数反演问题转化为优化问题求解。特别从多个初始点开始寻优,并借助交叉和变异算子来获得参数的全局最优解。数值模拟结果表明,该方法具有精度高且编程简单、易于计算机实现等特点。     

二维对流-扩散方程反问题的遗传算法求解

给出了利用遗传算法求解二维定常对流一扩散方程参数反演的一种新方法,该方法把参数反演问题转化为优化问题求解。特别从多个初始点开始寻优,并借助交叉和变异算子来获得参数的全局最优解。数值模拟结果表明,该方法具有精度高且编程简单、易于计算机实现等特点。     

一维非恒定紊动扩散初始条件反问题的一种数值求解方法

应用Tikhonov正则化方法和有限差分法,研究了一维非恒定紊动扩散初始条件反问题,给出了一种数值求解方法,数值模拟结果表明,该方法是可行的,且具有较高的精度。     

对流扩散方程最优控制问题的重心插值配点格式

为了讨论对流扩散方程最优控制问题的重心插值配点格式,首先,借助Lagrange乘子法,推导出由状态方程、伴随方程、最优性方程构成的最优性条件.其次,在空间x,y方向均运用重心插值配点格式离散方程组,并给出该配点格式的相容性分析.最后,数值实验验证格式的有效性,与经典有限差分格式比较,重心插值配点格式用较少的节点数就能具有很高的精度.     

抛物型方程反问题的数值解

利用再生核空间的一些性质,通过联立附加条件,构造两个迭代序列,求解一类抛物型方程反系数问题,并证明他们是收敛到精确解的,数值算例说明该方法是有效性的。     

基于遗传算法的对流扩散方程逆时反问题的数值求解

利用Tikhonov正则化方法解第一类Fredholm积分方程获得该逆时反问题的解,并结合遗传算法的优点给出了一种反演的例子。实例模拟结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等特点。     

一类基于MATLAB的微分方程边值问题数值解的算法研究

本文对线性与非线性微分方程边值问题的打靶算法进行了理论分析,进而建立了解决一般微分方程边值问题的数学模型,并通过MATLAB来实现微分方程中的一类边值问题的计算机求解,使其具备更好的可操作性与变量的可扩展性。同时利用MATLAB强大的图形绘制功能提供良好的可视化环境;最后以实例形式对MATLAB算法进行实变量运行与观测。     

基于交互间隙法的内部混合边界条件反散射问题

【目的】内部混合边界条件反散射问题在无损探测等方面有着广泛的应用。【方法】从位于腔体内部封闭曲线上点源产生的散射波出发，基于交互间隙法，构造交互间隙泛函，根据交互间隙泛函的范数性质来确定腔体的位置和形状。【结果】证明了内部混合边界条件反问题的唯一性和交互间隙泛函是单射且稠密的。【结论】由内部点源测量数据可以唯一确定未知腔体的位置、形状和阻抗函数。     

迁移理论中一类方程的逆问题

讨论了迁移理论中一类非齐次算子方程的逆问题，在最优意义下，证明了逆问题解的适定性，并借助本征函数法获得了解的表达式．最后，给出了一个应用。