基于WENO-Z+重构的熵稳定格式求解LWR交通流模型

构造了交通流LWR模型方程相应的熵稳定格式.在数值模拟时,单元交界面的离散采用五阶WENO-Z+重构,时间方向的推进采用强稳定的三步三阶Runge-Kutta方法,从而得到了一种高精度、高分辨率以及数值稳定的熵稳定WENO-Z+格式.将新构造的熵稳定WENO-Z+数值算法应用于多个实际交通流问题的求解中,结果显示,该算法对激波有良好的捕捉效果,在间断区域没有非物理振荡,是模拟交通流LWR模型的理想方法.     

一个高效求解含时Gross-Pitaevskii方程的算法

Gross-Pitaevskii方程广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate,BEC)的动力学研究,然而这个方程通常很难解析求解.因此发展相应的高精度数值求解方法非常重要.发展了结合算符劈裂法、Crank-Nicolson算法和四阶精度Numerov算法的高效求解Gross-Pitaevskii方程的新数值计算方法.通过数值计算可以表明,与传统的四阶精度的五点差分法相比,所提出的算法具有高效和消耗内存小的优点.     

求解欧拉方程的嵌入WENO格式

为了优化欧拉方程数值计算,提出了五阶嵌入式加权本质无振荡(Embedded-WENO)格式耦合低耗散总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式后所得的新格式E-CUSP-Embedded-WENO5。新格式在空间方向上对E-CUSP所得的通量采用Embedded-WENO格式重构,在时间方向上采用四阶保持强稳定龙格-库塔方法。使用新格式对欧拉方程进行数值模拟,结果表明,新格式在激波附近更接近理论解,稳定性更好且分辨率更高,对激波和接触间断的捕捉能力更强,尤其是对激波的捕捉仅需要两到三个单元。     

低马赫数条件下气动声场流场分裂求解方法研究

在低马赫数条件下,EIF方法可以将流场控制方程和声场控制方程(Hardin方程)分开求解,对振荡圆柱声场及双涡流动结构声场进行数值求解.声场方程空间推进采用3阶迎风格式,时间离散采用双时间步法推进.通过分析不同马赫数条件下的声场声压云图、声压级谱密度分布及特征频率,说明所采用的Hardin方程能较好地描述低马赫数条件下气动声场特征,同时验证了所采用的数值格式具有较好的数值精度.     

压缩机工作过程模拟中数值振荡问题的成因分析及改善方法

为解决数值模拟压缩机工作过程中存在的数值振荡和发散问题,采用四阶后向差分(BDF-4)算法和经典四阶龙格库塔(RK-4)算法分析压缩机基元容积控制方程的稳定性,并对2种算法的计算结果进行对比。结果表明:在吸排气过程中,压力计算的微小偏差会导致质量流量产生较大的误差,从而使基元容积控制方程产生较大的数值刚性,限制了RK-4算法的最大稳定步长;在稳定性上,BDF-4算法的绝对稳定域包含整个负半x轴,可以避免数值刚性引起的振荡和发散,其计算步长不再受数值刚性的限制;对计算效率而言,每步BDF-4算法所消耗时间为同步长RK-4算法的1.7～1.8倍;计算精度上,BDF-4算法与RK-4算法代数精度相同,实际计算时两者的表现也十分接近。BDF-4算法在保证工程精度的前提下提高了压缩机工作过程模拟的稳定性,解决了数值振荡问题,对容积式压缩机的工作过程模拟、新型泄漏通道的研究等有实际意义。     

时间分数阶扩散方程的一种数值解法

将block-by-block法扩展到分数阶偏微分方程的求解中,即采用block-by-block法离散时间分数阶扩散方程的时间方向,同时采用经典的二阶中心差分格式处理空间方向,得到了新的求解时间分数阶扩散方程的数值格式。数值实验表明,该格式能有效地数值求解一类时间分数阶扩散方程的初边值问题。     

基于内嵌物理信息神经网络求解空间分数阶扩散方程

利用内嵌物理信息神经网络方法(PINN)求解一类具有分数拉普拉斯算子的空间分数阶扩散方程,获得分数阶偏微分方程的数值解。首先将分数阶导数项采用有限差分离散算子后嵌入PINN进行求解,并借助自动微分技术进行求导;然后建立了训练误差函数,并给出方程初边值问题的相关算法,分析了神经网络的学习速率和数值误差;其次,给出数值例子,验证了用该方法求解空间分数阶扩散方程的有效性。     

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.     

流通量间断双曲守恒问题的推广WENO有限体格式

 针对流通量间断双曲守恒方程的数值求解,构造了将δ-映射与经典的WENO(weighted essentially non-oscillatory)五阶有限体方法结合的混合算法, 并用于求解具有混合介质的弹性波方程和流通量间断的多车种交通流模型方程.数值结果表明了算法的有效性.      

分数阶黏性方程MHD流的数值方法

主要讨论分数阶黏性MHD方程的数值近似.提出一种求解该方程高效的数值格式,分析这种数值格式的稳定性与误差估计,证明这种格式是无条件稳定的,且格式在时间方向是2-β阶精度,在空间方向有谱精度,最后用数值实例验证理论的正确性.     

指数时程差分Runge-Kutta法在非线性高振荡及迟滞系统中的应用

为满足非线性高振荡及迟滞动力系统的高精度数值计算,提出了指数时程差分RungeKutta法;将传统的差分改为积分,构造出了二阶和三阶指数时程差分RungeKutta算法;将指数时程差分法应用于二阶高振荡动力系统、参数激励与强迫激励联合作用下的非线性振动系统以及迟滞非线性系统中,并与传统的RungeKutta法进行了比较;讨论了计算精度和效率.数值计算结果表明,对于非线性动力学系统,二阶指数时程差分RungeKutta法在计算效率和精度上要优于四阶传统RungeKutta法;该方法适合用于非线性动力学系统分析和数值计算的方法,获得的数值解能够揭示系统的本质特性.     

基于龙格库塔算法和可编程门阵列技术的混沌系统实现

提出了使用硬件描述语言(HDL)在现场可编程逻辑门阵列器件(FPGA)上实现二阶龙格库塔法产生混沌信号的一种新方法.首先,根据二阶龙格库塔算法分解求解连续混沌系统,得到一个迭代求解过程;其次,使用HDL描述状态机实现该迭代过程,输出数字混沌序列;最后,将数字混沌序列输出至高速数模转换器(DAC),可观察到模拟混沌信号.给出了网格状多卷波混沌系统和经典Lorenz系统上的具体实现步骤和相应结果.结果表明,此方法具有一定的普适性,可用于其它混沌系统的混沌信号产生,且消耗FPGA资源不多,具有很强实用性.     

RK-MRTD算法的稳定性及数值色散性分析

将龙格-库塔(Runge-Kutta)方法引入到时域多分辨分析(MRTD)算法,即在时间上采用Runge-Kutta方法离散,并用此算法解决传统时域有限差分(FDTD)算法较大的色散误差问题.对Runge-Kutta时域多分辨分析算法(RK-MRTD)的稳定性和数值色散性进行系统分析,数值结果表明该方法具有高精度性.     

一些具有较少迭代次数和较好稳定性的新型PDIRK方法

为求解常微分方程刚性问题，本文构造了一些新型的并行对角隐式迭代Runge-Kutta方法．与已有的一些方法相比，这些方法具有更少的迭代次数和更好的稳定性(强A-稳定或L-稳定)且更适于并行计算。     

Stability Analysis of Runge-Kutta Methods for Delay Integro-Differential Equations

Considering a linear system of delay integro-differential equations with a constant delay whose zero solution is asympototically stable, this paper discusses the stability of numerical methods for the system. The adaptation of Runge-Kutta methods with a Lagrange interpolation procedure was focused on inheriting the asymptotic stability of underlying linear systems. The results show that an A-stable Runge-Kutta method preserves the asympototic stability of underlying linear systems whenever an unconstrained grid is used.     

高阶显式指数龙格-库塔方法

针对带有震荡性的常微分方程初值问题的数值解,构造了新型的显式三级三阶指数龙格-库塔方法,分析了其误差及稳定性,并应用于数值试验。结果表明指数龙格-库塔方法比经典龙格-库塔方法误差更小,稳定性更好,更易实现,并适于实际应用。     

高压直流系统数字仿真的一种快速算法

本文在考虑了描述高压直流输电系统的微分方程特点的基础上,给出了一种快速解算这些方程的计算方法。这种算法与四阶龙格-库塔方法相比在不降低精度和保证稳定性等前提下,减少了计算量,从而较大地提高了数字仿真的速度。 本文通过对一个算例的计算,并与通常采用的四阶龙格-库塔方法的计算结果进行了比较,其计算速度提高了约1.8倍。     

非线性阻尼下光滑不连续振子极限环的全局演化

针对光滑不连续振子,提出了一种优化的广义谐波函数摄动法,得到其极限环的振幅与系统参数之间的解析关系式以及极限环的解析近似解。同时,基于微分方程定性理论,建立了该振子极限环特征量的解析计算公式。利用上述结果,可围绕极限环何时产生、如何分岔、在何处消失以及稳定性如何等问题,对具有复杂非线性阻尼项的光滑不连续振子极限环的全局演化过程展开定量分析。通过将本文所得之结果与龙格-库塔法之结果进行对比,验证了所提优化方法的可行性和可靠性,为研究强非线性振动系统解的全局演化问题,提供了新的参考方法。     

常微分方程初值问题的多重网格解法

将多重网格方法应用于隐式Runge-Kutta公式,得到一种常微分方程初值问题的数值解法。还具体构造了多重网格分量,并分析了方法的阶,给出了一种以分步推进式的多重网格方法求第一次近似值的过程,从实例看,应用此法所得的解有非常好的精确度。     

微分方程数值解的隐显式Runge—Kutta方法

Runge-Kutta方法作为一种单步高阶方法在求解常微分方程和方程组中受到了广泛的关注,它具有单步方法较少的存储优点,也能根据Taylor展开来提奄阶数并无需增加计算来求导。Runge—Kutta方法的各种改进在很多领域也得到应用。本文主要研究在Runge—Kutta方法基础上改进的一种办法．即：隐显式Runge—Kutta方法。