DARCT-STOKES耦合问题的H（div）有限元逼近方法

文章主要研究了darcy-Stokes耦合流动问题的数值解.darcy-Stokes的耦合模型由流体域的stokes方程,多孔介质域的darcy方程及两区域的界面的界面条件所构成. 通过在界面引入lagrange乘数,将耦合的darcy-Stokes的模型转化为了鞍点问题进行处理,同时利用了H(div)协调的T-R元对该耦合问题进行了离散,证明了离散 问题解的存在唯一性,且进行了误差估计.     

Darcy-Stokes方程的一种非协调有限元新方法

Darcy-Stokes方程的统一有限元方法是研究Darcy-Stokes耦合问题的基础.尽管该方法采用等阶或低阶有限元逼近在工程计算上有较大的实际应用价值,但这类有限元组合不满足inf-sup条件,因而会造成数值求解的困难.而非协调有限元更容易满足离散的inf-sup条件,因而在计算耦合问题时比协调有限元更具吸引力.本文对Darcy-Stokes方程提出了一种等阶线性非协调稳定化有限元方法,证明了该格式是稳定的,并得到了最优误差估计.     

四边形网格上Darcy-Stokes耦合流动问题的非协调稳定化有限元法

耦合的Darcy-stokes问题在工程和实际应用中有着重要的应用,成为了计算流体力学和计算数学等领域的研究热点.对该问题满足稳定条件的协调有限元构造复杂不利于计算,因而对Darcy-Stokes耦合流动问题提出了一个在四边形网格上的非协调稳定化有限元逼近法.该方法在整个区域上利用P1非协调有限元进行离散.证明了这种方法的一致稳定性和离散问题解的存在唯一性,最后给出了误差估计.     

一个微分差分方程的N-孤子解及动力分析

非线性薛定谔方程具有深刻的应用背景,特别是近年来在金融数学领域出现了连续、离散、耦合和向量非线性薛定谔方程.研究这类方程的解可以对实际问题模型进行定量分析和预测.非线性薛定谔方程可视为Ablowitz-Kaup-Newell-Segu (AKNS)谱问题的相容性条件,离散非线性薛定谔方程可视为离散Ablowitz-Ladik谱问题的相容性条件.本文给出联系于离散Ablowitz-Ladik谱问题的一个微分差分方程及其Lax对,通过Hirota方法找到N-孤子解,分析单孤子运动和双孤子相互作用的动力特征.     

热传导界面问题的一种神经网络算法

本文讨论了一种单隐层神经网络算法在数值求解热传导界面问题中的应用。该算法设定含有神经网络函数的近似解满足初边值条件和Dirichlet 界面条件,通过求解由原方程导出的关于神经网络权重的离散优化问题来训练近似解中的神经网络,以使近似解逼近真解。文中也给出了一种基于随机梯度法思想的类随机梯度法来求解相应的离散优化问题。数值算例验证了算法的有效性。     

油水两相流Darcy-Stokes模型

塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes耦合模型。针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数。模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流。将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型。     

功能梯度厚梁的二维热弹性力学解

运用状态空间法和微分求积技术的混合方法, 给出了功能梯度厚梁的二维热弹性力学解. 假设材料常数沿厚度方向连续变化, 于是从基本方程推导得到变系数状态方程. 运用近似层合模型将该方程转化成层内的常系数状态方程. 为了消除数值计算不稳定现象, 根据层合模型中界面处的连续条件, 引入了界面耦合矩阵. 用DQ(differential quadrature)技术将梁的轴向离散, 使得该方法便于处理任意端部支承条件. 考虑弹性常数沿厚度方向按指数函数变化的两端简支梁, 以验证该方法的精确性和有效性, 并通过其他算例讨论了有关参数的影响.     

基于四叉树网格近海海域波浪、潮流相互作用的数学模型

针对近海岸区域地形、水文、泥沙运动复杂的特点,本文建立了高效的近岸平面二维隐格式潮流、波浪联合作用的数值计算模式.水动力数值模型以非线性的浅水方程为基础,应用Quadtree非结构网格,变量布设采用同位网格,u,v及水位变量布设在同一个节点上,简化计算程序的代码.采用有限体积方法离散方程,应用SIMPLEC程式求解离散的控制方程,由Rhie-Chow的动量插值方法计算界面通量可以避免棋盘式波动.整合的方程组采用最小残差法（GMRES）求解,并利用预条件的不完全Lu分解方法加速其收敛性、提高计算效率.波浪模型以考虑波浪折射、绕射、衍射以及波浪破碎影响的多向不规则波的波作用量守恒方程为基础,计算的波浪幅射应力反应波浪对水体的驱动力.将本文的耦合模型应用到稳态丁坝绕流、理想海湾、法国的Gironde Estuary、波生沿岸流和美国的Grays Harbor算例中,数值模拟结果分别和实验值及测量结果进行比较.计算结果表明,本文建立的平面二维波浪、潮流耦合的数值模型能够准确、高效的模拟复杂计算域的潮流及波浪问题,该模型对近海工程的顺利开展以及海岸带环境保护等方面具有重要的应用价值.     

多域边界面法在稳态热传导问题中的应用

将边界面法应用于多域问题稳态热传导的计算,提出了一种新的实现方法,称之为多域边界面法(MD-BFM).在边界面的基础上,仿照单域问题,推导了多域问题稳态热传导的矩阵组装的方式,得出其离散的边界积分方程,温度等未知量即可求出.将多域边界面法应用于某包含62个浇筑层(共125个域)的大坝的稳态热传导分析,得出其温度场分布图,并和有限元计算结果进行了比较,温度最大值均为20.7℃,且温度分布等值线高度吻合,但多域边界面法采用了更少的网格.对大坝这样的大规模工程问题进行计算的结果证明,本文所提出的多域边界面法可以应用于稳态热传导问题,并且相较于其他方法(例如有限元法),具有同等精度,并且消耗更少的人力.     

非饱和土弹塑性模型在土坝蓄水变形中的应用

对非饱和土弹塑性模型（BBM）进行了总结,推导出弹塑性矩阵,采用Galerkin加权余量法以及向后欧拉法对控制方程进行空间域和时间域上的离散,编制了用于分析非饱和土水一应力耦合问题的非线性有限元程序．采用该本构模型,对一均质堤坝在蓄水之后的流固耦合问题进行了有限元分析,结果表明堤坝内的渗流和变形的分布符合规律．     

Stokes Darcy耦合问题的新等阶元投影稳定化方法

针对Stokes Darcy耦合问题提出一种新的投影稳定化方法,该方法对整个区域采用统一的等阶有限元空间逼近.相比通常的局部投影稳定化方法,增加了新的投影稳定项以及压力跳跃项,有效地克服了等阶有限元不满足inf sup条件的困难,也保证了该方法不仅对不连续的压力空间适用,且对连续的压力空间亦适用. 最后,证明了该方法的稳定性,并给出了误差估计.     

具有超薄厚度的多孔介质中非定常的Stokes流的均匀化

主要研究了在三维的多孔介质中具有超薄厚度的多孔介质中非定常的Stokes流的均匀化。经过细致的分析,我们最后论证了当流体区域的厚度充分小时,流体的运动状态满足平面流中的“达西定律”。     

多孔介质中单相对流换热分析的流体渗流模式

自然界和工程上常遇到多孔介质的渗流流动和传热传质,具体的研究分析总要涉及渗流的模式问题．本文对经典达西流和Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ扩展达西流、Ｂｒｉｎｋｍａｎ扩展达西流以及Ｆｏｒｃｈ－ｈｅｉｍｅｒ－Ｂｒｉｎｋｍａｎ－Ｄａｒｃｙ流模式作了简明、系统的整理和综述,分析其适用的场合,供理解和研究多孔介质中的流体流动与传热传质作参考     

Stokes耦合系统解的存在性与正则性

运用紧性方法证明了Stokes耦合系统解的存在性,用能量方法建立了解的正则性.     

一类水污染问题中可扩散界面的适定性研究

针对长江水污染问题中污染水层与未污染水层均为受限制含水层的情况,利用Darcy定理和质量守恒定律建立了一个三维耦合抛物线方程组的数学模型;基于偏微分方程的基本理论,采用积分的方式将三维数学模型降成二维数学模型,通过构造截断函数和一个满足一致性假设的算子,利用Schauder定理证明了该二维数学模型解的存在性,从而证明了长江水污染含水层与未污染含水层之间临界面的可行性,为研究长江水污染问题提供了理论依据。     

STOKES问题的优化结果

为了研究Stokes问题的最小二乘有限元近似解的超收敛结果,利用最小二乘曲面拟合的方法给出了Stokes问题的最小二乘有限元解中速度的优化结果.该结果表明:随着构成拟合空间的分片多项式次数的增加,理论上得到的速度的近似解精度越高.该结果是以Stokes问题的正则性为前提的.     

Stokes问题的一个四面体非协调有限元

针对三维Stokes问题,本文构造出了一个39参数的非协调四面体单元.分析了单元的稳定性,并在三维空间中证明了该单元关于Stokes问题收敛,得到了最优收敛阶O(h2).     

粘性分离格式中压力的收敛性

考虑Navier-Stokes方程的三维初边值问题。在每一个时间步方程分离为一个Euler方程和一个非定常的Stokes方程。在原问题具有一个光滑解的假设下,得到了压力的误差的L²模估计。