三维扩散方程非正交六面体网格的有限体积差分法

三维扩散方程非正交网格的差分方法是计算流体力学和数值热传导中一个基础性的课题。该文在二维扩散方程的有限体积差分方法的基础上,研究了在非正交六面体网格下三维扩散方程的有限体积差分方法,提出了一个计算精度很高、通量守恒且适应大变形网格的有限体积差分格式。取单元中心作为计算节点,减小了计算量;利用通量守恒条件确定界面中心的函数值,保证方法的守恒性;对网格点采用了Lagrange因子插值法,考虑了各插值点的相对位置,因此更适应非正交网格的计算;采用不完全三角分解预处理Bi-CGSTAB方法求解线性代数方程组。不同Z网格上的数值实验结果表明该算法是有效的。     

对流方程的六阶中心差分格式

有限差分方法是微分方程数值解法中发展最早、理论最完善、应用最广泛的计算方法之一．利用待定系数法构造了对流方程的中心有限差分格式,利用Taylor级数展开推导出了该差分格式的修正偏微分方程（MPDE）,采用数值余项效应分析方法从空间离散方面改进了该格式．利用高阶TVD Runge-Kutta方法从时间离散方面改进了该格式．利用Richardson外推方法在不增加计算复杂度的前提下改革了原格式．数值实验表明本文讨论的3种方法在差分格式改进和优化中的有效性．本文讨论的方法也可以用于其他偏微分方程有限差分方法的构造中．     

有限差分格式的群分类

使用现代李群的分析方法,讨论传统计算流体力学中的有限差分格式高阶项效应所对应的群结构、群分类,以及对应的群不变解问题.有助于从对称性角度理解传统计算流体力学中有限差分格式的离散差分效应。     

基于有限元分析的地面目标温度场理论建模研究

物体表面温度场计算是红外成像仿真的重要基础，针对建筑物目标表面温度场理论建模与计算展开研究，在分析目前有限差分计算建筑物目标表面温度场不足的基础上，综合传热学、红外物理学相关理论，详尽分析了影响地面目标表面温度的诸多因素，对建筑物目标表面温度场进行了理论建模，并引入了有限元方法对其求解，对结果进行了定性分析。     

求解非稳定传热传质问题的有限差分方法

非稳态传热传质计算问题是化工过程中经常遇到的课题,本文针对此类问题的求解,在给出两类构造抛物型偏微分方程有限差分格式的一般化方法的基础上,应用这些方法构造了求解传热传质问题的有限差分格式,并建立了近10个新的差分格式。使用这种方法来建立差分格式,可以使差分方程,逼近偏微分方程具有尽可能高阶的截断误差,对于寻找高精度、低计算量的有限差分方法提供了一种可行的有效途径。     

匹配层对纯水中线天线辐射特性的影响

时域有限差分方法用于计算稳态电磁辐射问题。本文利用时域有限差分方法分析计算了水面上匹配层对水下天线辐射特性的影响。非均匀网格的使用节省了大量的计算时间和计算机内存。     

一维Zakharov-Rubenchik方程的有效紧致差分格式

偏微分方程的有限差分法是科学计算中的一种有效方法,采用经典的一阶和二阶有限差分格式对方程进行数值求解,要想得到较高精度的近似解是不容易的,一种合理的方法是设计高阶紧致差分格式.为了研究一维Zakharov-Rubenchik方程的有效紧致差分格式及其数值计算.针对一般形式的Zakharov-Rubenchik方程,提出了一种半隐式紧致有限差分格式,该格式克服了传统差分格式效率低、精确度不足的缺点,并在离散层次上保持了质量和能量的守恒性.最后,通过数值算例验证了该格式的精确程度及守恒性,并对几种不同差分格式的误差和计算耗时进行了比较,数值结果表明了半隐式紧致差分格式的高阶收敛性及有效性.     

潮汐数学模拟的有限分析法

导出二维潮汐动量方程的有限分析公式,应用分裂算子法构造一个差分格式计算连续性方程,证明了这二种格式是绝对稳定的,并作了数值计算,实际计算表明文中提出的方法具有计算简单等优点。     

电导率不为零的麦克斯韦方程的两种分裂时域有限差分方法和分析

研究了时域上二维电导率非零的麦克斯韦方程的分裂时域有限差分方法,针对电导率为零的分裂时域有限差分方法(S-FDTDI,一阶格式),讨论了用增加摄动项和对称计算两种校正分裂误差的方法得到的两种格式:分裂时域有限差分格式(S-FDTDII)和对称分裂时域有限差分格式(SS-FDTD),给出了能量恒等式和数值验证,计算结果表明在模拟一种矩形波导问题时,后一种格式能量模误差比ADI-FDTD小,都比S-FDTDII的误差小。     

储罐静电电位的有限差分计算方法

研究了立式圆筒形石油储罐内静电电位的有限差分数值计算方法。将接地金属储罐内的静电场等效为二维轴对称场,从静电场边值问题出发,建立了数学模型,推导了有限差分数值模型,得出超松弛迭代格式的有限差分公式。通过计算储罐中静电电位的分布考验了算法。     

采用有限差分方法求解固体弹性应力场(英文)

为了采用全有限差分方法进行涡轮气热弹耦合计算,研究了固体弹性应力场计算的物理模型,给出了任意曲线坐标系下的控制方程.同时研究了定常问题的有限差分求解方法和边界条件的给定,编制了定常问题的应力场求解程序;并通过对具有解析解的受集中载荷的悬臂梁和一端受径向集中力的曲梁进行数值计算来验证该固体弹性应力场的求解方法.结果表明,边界条件的二阶精度处理的格式所得结果与解析解数据吻合得较好,而一阶精度格式结果与解析解有较大的误差.     

五点差分格式算法在数学物理方程中的应用

许多物理现象中的稳定过程都归结为椭圆型微分方程,差分法是解椭圆型微分方程的重要方法.首先给出了解椭圆型微分方程五点差分格式的算法框架,然后对数学物理问题中的热传导方程及附加条件作差分逼近,求出其数值解,最后将理论应用于实际中去,在实践中得到可行性的检验.     

两类发展方程广义差分法的误差估计

讨论二维区域上两类数学物理方程一次元格式的广义差分法。关于双曲型积分微分方程和Sobolev方程,证明了最优H1,L2和最大模误差估计,其收敛阶与线性有限元方法一致。此外,还获得了近似解的超收敛结果。     

非线性节块展开法

非线性节块展开法是一种快速计算反应堆物理参数的节块方法。与有限差分法相比，它具有速度快、精度高的特点；与另一种节块法—Ｇｒｅｅｎ函数展开法相比，它又保留了有限差分法的优点：不但可以得到有效倍增因子、功率分布等参数，还可以得到差分方程的系数矩阵，因而十分适合与广义微扰理论（ＧＰＴ）相结合以获得更快的计算速度，应用于堆芯燃料管理优化中。通过两个二维基准问题的检验计算，比较了非线性节块展开法和Ｇｒｅｅｎ函数展开法程序的速度与精度，结果表明两个程序基本相当，非线性节块展开法可以满足实际应用的需要。     

三元期权定价问题的偏微分方程数值解

研究了基于Black—Scholes模型的标的资产期权定价的数值方法——有限差分方法．基于Gilli的工作讨论了三元期权定价问题，采用具有良好稳定性和收敛性的隐式有限差分格式来进行问题的空间离散，并用稳定化双共轭梯度法数值求解对应离散问题的大型稀疏线性方程组．计算结果正确反映了标的资产波动率、无风险利率、资产当期价格和成交价格及资产间的协相关系数对期权定价的影响．     

Z变换在PML中的应用

在完全匹配层(PML)中应用Z变换,和传统的引入PML的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的时域有限差分(FDTD)计算区域的物质属性,采用了特殊的处理方法,并可运用到标准网格或非均匀网格中;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。     

关于一类二阶边值问题的有限差分方法

讨论一类二阶边值问题,其产生于物理中的障碍、单侧和接触问题;用三点有限差分方法获得这类问题的光滑近似解,并且证明这种方法是三阶收敛的;最后用数值例子验证这个方法.     

一类微分-积分方程的数值解

本文用有限差分法和复化梯形公式的混合法来构造一种近似格式,从而求得一类微分积分方程的数值解,并用压缩映象原理证明此数值解的存在性和收敛性。该方法使用方便、可靠,适合于物理和工程领域的实际应用。     

边界层理论中Falkner-Skan方程的数值解

作者采用有限差分法求解著名的Falkner-Skan方程,计算效率明显高于其他数值方法.此法求解利用了Lan 和Yang近期建立的Falkner-Skan方程和奇异积分方程之间的等价性.有限差分方法数值解的结果与先前一些作者的结果一致.     

Numerical simulation of unsteady turbulent flow through a Francis turbine

This paper introduces the 3D numerical simulation of unsteady turbulent flow in the entire flow passage of a Francis turbine with computational fluid dynamics (CFD) technology. The boundary conditions have been implemented based on the 3D averaged Navier-Stokes equations. The governing equations are discreted on space by the finite volume method and on time step by the finite difference method. The 3D unsteady turbulent flow in an entire Francis turbine model is calculated successfully using the CFX-TASCflow software and RNG k-ε turbulence model. Transient flow fields are simulated in the spiral case, the distributor, the runner, and the draft tube for the optimum operating condition. Meanwhile, the velocity and pressure at any points in the flow fields can be obtained so as to provide the great value on the performance prediction. By means of the numerical simulation in a flow field, it is verified that every component in a Francis turbine model is designed reasonably. The basis for the further researches on hydraulic turbines is also built.