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。     

一类线性Sobolev方程的迎风混合元方法

在有限元空间上采用迎风混合元方法对线性Sobolev方程进行数值模拟.此方法对线性Sobolev方程中的对流项采用迎风格式处理,扩散项则采用扩展的混合元来逼近,降低了对解空间光滑度的要求,能同时高精度地对未知纯量以及流量进行估计,得到最优的L2-模误差估计.最后,数值例子将进一步说明该方法的可行性和有效性.     

多尺度有限元法在分层网格上的边界层数值模拟

针对二维奇异摄动问题的对流扩散方程,应用多尺度有限元法在分层网格上数值求解边界层现象.利用多尺度有限元的基函数承载微观摄动性态,在宏观尺度下仅用少量计算资源通过分层网格自适应地逼近边界层.数值模拟结果表明,该方法是有效的且能得到不依赖于摄动系数大小与稳定收敛的高精度结果.     

改进PINNs方法求解边界层对流占优扩散方程

针对物理信息神经网络(PINNs)在求解边界层附近存在剧烈梯度变化的对流占优扩散方程时无法得到足够精度的问题，本文提出一种具有参数渐进思想的神经网络求解方法。该方法首先近似大扩散参数方程的光滑解，然后逐步减小扩散参数并将大扩散参数下的网络最优参数作为小扩散参数神经网络的初始值进行训练，通过参数循环反复优化物理信息神经网络，提高神经网络的表征能力，从而提升物理信息神经网络逼近对流占优扩散问题的求解精度，最后获得小扩散参数的高精度奇异解。经过对本文方法与PINNs以及gPINNs方法在精度和收敛效率方面的对比分析表明，本文方法在未知边界层位置条件下，能够高效地近似对流占优扩散方程的大梯度解，实现10^-3量级的精度。同时，本文方法在收敛速度和稳定性方面比PINNs和gPINNs具有更好的优势和性能。     

一类奇异摄动问题时间独立的反应扩散方程的半离散方法（英文）

该文主要考虑一类奇异摄动时间独立的反应扩散方程的数值方法.对于空间方向的离散,采用在分片均匀的Shishkin网格上的迎风有限差分策略.而对于时间的离散,采用在均匀网格上的高精度半离散方法.稳定性分析表明此格式是绝对稳定的.同时,为了得到最优的Shishkin网格,该文将Shishkin网格参数选择问题转化为一个非线性无约束优化问题,然后利用单纯形算法求解.数值结果表明了该方法的有效性.同时需要指出的是,通过单纯形算法得到的最优网格参数提高了在边界层处的数值解的精度.     

利用重心有理插值配点法求解一、二维对流扩散方程

对流扩散是自然界中一种最为常见的物理现象,在气液固中均可发生,该方程已被广泛应用于飞行器设计、热磁辐射、天气预报、化工反应、生物斑点生长等重要领域.为了进一步提高该微分方程的逼近精度,可通过改进基底函数或者调整离散点分布来实现.借助于重心有理插值数值逼近稳定性好,离散矩阵具有稀疏性等优势,求解了一、二维对流扩散方程.将该数值方法与传统的FDM以及Meshfree等方法进行比较,得到的结论是:重心有理插值配点法在求解一、二维对流扩散问题上具有精度高、条件数小、收敛快等优点.从插值节点的分布效果上看, Chebyshev点比等距网格点更稳定,逼近精度略高,且能有效地抑制"龙格"现象的发生.最后,给出了相应的误差估计与收敛性分析,并使用软件画出了热流密度的分布云图,该图有利于分析对流扩散方程的数值解变化趋势问题.     

二维Poisson方程的谱方法求解

应用Chebyshev Tau方法和Chebyshev Galerkin方法数值求解了二维Poisson方程边值问题,得到了该问题的高精度逼近解.同时分析了数值逼近误差,说明了谱方法的高精度性和快速收敛性,并验证了谱方法的逼近效果与未知函数的正则性有关.     

对流扩散方程的多尺度解耦小波算法研究

针对传统有限元方法在求解对流扩散问题时常会出现的数值震荡和数值耗散等缺点,提出一种对流扩散方程的尺度解耦小波求解方法。介绍第二代小波多分辨分析,推导有限元多分辨空间的两尺度关系,提出对流扩散方程的多尺度计算框架。推导对流扩散方程的解耦条件,并利用提升方案构造多尺度解耦小波。提出多尺度解耦小波算法,该方法通过向求解域添加解耦小波,逐步逼近问题精确解。数值算例证明,解耦小波是一种求解对流扩散方程性能优良的小波基。     

非线性Burgers方程Chebyshev谱方法的MATLAB实现

非线性Burgers方程是计算流体力学领域的一个热点问题,它含有非线性对流项和扩散项.给出了用Che-byshev谱方法求解该方程的MATLAB源程序以及相应的数值实验结果.     

对流扩散方程的迎风Cell-centered混合元方法

讨论对流扩散方程的一种迎风Cell-centered混合元方法,在不同的矩形网格剖分下,分别用常量浓度元与常量通量元逼近原问题的解,得到了浓度与通量的一阶L2模误差估计,并通过数值算例验证了理论分析结果的正确性.