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基于局部分级时间步长方法的水沙耦合数学模拟 被引量:5
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作者 胡鹏 韩健健 雷云龙 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期743-752,共10页
基于局部时间步长(LTS)技术(即在每个计算网格采用局部允许的最大时间步长),建立新的水沙数学模型,提高计算效率.用非结构三角形网格离散计算区域,采用充分反映水-沙-床相互作用的平面二维完整控制方程组,利用有限体积法求解控制方程,用... 基于局部时间步长(LTS)技术(即在每个计算网格采用局部允许的最大时间步长),建立新的水沙数学模型,提高计算效率.用非结构三角形网格离散计算区域,采用充分反映水-沙-床相互作用的平面二维完整控制方程组,利用有限体积法求解控制方程,用HLLC近似黎曼算子估算界面数值通量.对动床溃坝算例的计算表明,当选取合适的局部时间步长级数时,计算效率明显提高(节省计算时间幅度达到68%),精度满足要求.长江中游太平口水道的工程应用表明,该模型能够在保证精度的前提下,节省高达92%的计算时间. 展开更多
关键词 水沙耦合模型 有限体积法 计算效率 局部时间步长
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基于局部时间步长方法的潮流数值模型研究及应用 被引量:5
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作者 胡鹏 姬奥飞 陶俊余 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第1期111-119,共9页
为了准确快速地模拟潮流过程,将局部时间步长(LTS)方法应用于基于黎曼近似解通量——有限体积法的浅水模型。LTS方法和传统整体最小时间步长方法的计算性能对比表明,两种方法的计算结果定量差异远小于模拟值与实测值之间相对误差;但由于... 为了准确快速地模拟潮流过程,将局部时间步长(LTS)方法应用于基于黎曼近似解通量——有限体积法的浅水模型。LTS方法和传统整体最小时间步长方法的计算性能对比表明,两种方法的计算结果定量差异远小于模拟值与实测值之间相对误差;但由于LTS方法对每个网格采用了与稳定性条件相适应的尽可能大的时间步长,计算效率大幅度提高。本模型计算所得渤海、黄海、东海的潮流传播过程、潮汐调和常数的空间分布、无潮点位置,以及长江口和杭州湾区域的潮流过程与已有认识和实测资料吻合良好。 展开更多
关键词 潮流传播过程 潮汐调和常数 有限体积法 局部时间步长 计算效率 长江口 杭州湾
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Theoretical development for DSMC local time stepping technique 被引量:4
3
作者 CAI GuoBiao SU Wei HOU FengLong 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2012年第10期2750-2756,共7页
The direct simulation Monte Carlo(DSMC) method is the most mature and wildly used approach for nonequilibrium gas flow simulation.The phenomenological nature of this method brings flexibility to the computation algori... The direct simulation Monte Carlo(DSMC) method is the most mature and wildly used approach for nonequilibrium gas flow simulation.The phenomenological nature of this method brings flexibility to the computation algorithms.In this study,the theoretical foundations to decouple the molecular motion and collision within a time step are discussed in detail,which can be treated as criterions for the DSMC algorithms.Based on the theoretical developments,an improved local time stepping scheme is proposed,which specifies the movement time attribute and the collision time attribute for each representative particle.A free flow about a sphere body is considered as an example,which is compared with the calculations using the published local time stepping technique.The results show that the improved local time scheme is valid and is promising in realizing flow structures with strong variations. 展开更多
关键词 DSMC method local time step movement time attribute collision time attribute
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Improvements for matrix-type implicit temporal scheme regarding entropy fix and local time step
4
作者 Jian LIU Jianqiang CHEN +1 位作者 Yufeng YANG Bin MOU 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期138-146,共9页
The matrix version of Symmetric Successive Over Relaxation(matrix-SSOR)scheme has been proved to be more efficient than the standard Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel(LUSGS),but less robust for high-speed flows.In or... The matrix version of Symmetric Successive Over Relaxation(matrix-SSOR)scheme has been proved to be more efficient than the standard Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel(LUSGS),but less robust for high-speed flows.In order to ulteriorly improve the convergence rate as well as numerical stability of matrix-SSOR,two improvements regarding entropy fix and local time step have been proposed and validated.Firstly,an augmented entropy fix method is imposed on the inviscid Jacobian matrix and proved to be effective in two high-speed flows,in which the key parameter in entropy fix is discussed and found to be insensitive within appropriate range of values.Since the time step also has great effects on the numerical stability and convergence rate,a modified cell residual adapted local time step method with consideration of the residual history is developed,which is found to be effective for increasing the convergence rate when the matrix-SSOR is applied,but invalid when the LU-SGS is used.The proposed modified local time step method is also insensitive to the key parameter within appropriate range of values.The two modifications can be conveniently implanted into analogous matrix-type implicit schemes to improve the numerical performance. 展开更多
关键词 Computational fluid dynamics LU-SGS Matrix-SSOR Entropy fix local time step RESIDUAL
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基于动态网格和局部时间步长技术的城市洪涝模型加速方法
5
作者 杨芳 胡豫英 +1 位作者 宋利祥 赵建世 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2132-2143,共12页
二维水动力模型能够模拟洪涝在地表的淹没及演进过程,是城市洪涝防御的关键工具,已得到越来越多的研究与应用。在精细化洪涝过程模拟中,细小的网格单元会显著增加网格数量、减小时间步长,大大降低模型计算效率。使用动态网格控制策略可... 二维水动力模型能够模拟洪涝在地表的淹没及演进过程,是城市洪涝防御的关键工具,已得到越来越多的研究与应用。在精细化洪涝过程模拟中,细小的网格单元会显著增加网格数量、减小时间步长,大大降低模型计算效率。使用动态网格控制策略可减少实际参与计算的网格单元数量,使用局部时间步长技术可提高模型计算的平均计算步长。融合动态网格控制策略和局部时间步长技术,在有效单元上采用分级时间步长,可进一步结合两种策略的优势,减少模型计算量,提升二维水动力模型的计算效率。理想溃坝算例测试结果表明:动态网格控制策略在干网格数量多时效果明显,局部时间步长技术在网格尺度差异较大时效果显著。在南岗河流域洪涝模拟算例中,两种算法融合使用,最大可节省计算耗时约60%,能有效应对城市洪涝模拟过程中无效网格单元多、无效计算量大的问题。 展开更多
关键词 城市洪涝模型 动态网格策略 局部时间步长 水动力模型
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局部时间步长与GPU加速的非均匀网格模型在内涝模拟中的应用 被引量:2
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作者 王俊珲 侯精明 +6 位作者 同玉 张大伟 李东来 唐君言 马鑫 梁鑫 王婕妤 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2023年第5期718-728,共11页
近年来,受极端暴雨影响导致城市内涝等自然灾害频发,洪涝模型在预测地表水流动及相关过程中起着重要作用。为了进一步提高数值模型的计算效率,该文将GPU并行技术、非均匀网格划分技术及局部时间步长(LTS)算法耦合,开发了一套基于GPU加... 近年来,受极端暴雨影响导致城市内涝等自然灾害频发,洪涝模型在预测地表水流动及相关过程中起着重要作用。为了进一步提高数值模型的计算效率,该文将GPU并行技术、非均匀网格划分技术及局部时间步长(LTS)算法耦合,开发了一套基于GPU加速与局部时间步长算法的非均匀网格模型。模型根据不同的土地利用类型,制定不同的网格优化准则来划分网格,从而较精确地描述复杂的城市地形特征。模型在水力要素敏感区加密网格以进行高分辨率计算,利用HLLC近似黎曼求解器计算界面通量,将模型分别应用到理想与实际算例中,结果表明:模型可有效捕捉干湿边界情况,具有一定的稳定性,模拟结果与均匀网格模型及解析解接近,可有效模拟降雨-地表产汇流过程;在沣西新城的城市内涝模拟中,模拟结果与实测及均匀网格模型相比,积水面积平均误差分别为4.1%和10.2%,计算效率较常规均匀网格模型和整体时间步长非均匀模型可分别提高4.5倍与2.3倍。综上所述,模型在非均匀网格、GPU加速和局部时间步长算法三者基础上大幅提高模型的计算效率,为解决实际复杂地形的大尺度城市内涝模拟遇到的计算效率较低等问题提供了相关参考。 展开更多
关键词 非均匀网格 局部时间步长 GPU并行技术 城市内涝 Godunov型
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基于粒子滤波的混沌时间序列局域多步预测 被引量:3
7
作者 姜娇娇 郭俊 杨淑莹 《现代电子技术》 北大核心 2018年第1期43-46,共4页
对混沌时间序列进行预测研究具有重要的价值和实用性,例如,进行股票预测,降雨量预测,温度预测。混沌时间序列预测的难点在于其不确定性和多步预测的困难性。一般利用最小二乘法求解模型参数,从而对混沌时间序列进行局域预测,但是预测精... 对混沌时间序列进行预测研究具有重要的价值和实用性,例如,进行股票预测,降雨量预测,温度预测。混沌时间序列预测的难点在于其不确定性和多步预测的困难性。一般利用最小二乘法求解模型参数,从而对混沌时间序列进行局域预测,但是预测精度不是很高。为了提高局域线性预测的精度,提出基于粒子滤波(PF)的混沌时间序列局域多步预测法,利用粒子滤波进行参数优化得到更准确的优化模型进行多步预测。仿真实验结果表明,该方法的单步和多步预测效果明显得到了提升。 展开更多
关键词 局域线性预测 混沌时间序列 粒子滤波 多步预测 邻近点 预测误差
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结构参数对局部弹性翼型气动性能的影响规律 被引量:1
8
作者 雷鹏飞 张家忠 贾艳俊 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期110-116,共7页
采用数值方法研究了低雷诺数下局部弹性翼型结构参数对翼型性能及流动结构的影响。建立了局部弹性结构的振动模型,采用具有双时间步长的任意拉格朗日-欧拉方法和基于特征线的算子分裂法对非定常流固耦合问题进行数值模拟,对不同的结构... 采用数值方法研究了低雷诺数下局部弹性翼型结构参数对翼型性能及流动结构的影响。建立了局部弹性结构的振动模型,采用具有双时间步长的任意拉格朗日-欧拉方法和基于特征线的算子分裂法对非定常流固耦合问题进行数值模拟,对不同的结构密度、弹性模量、阻尼下局部弹性翼型的升力以及结构振动的频率特性进行了分析。研究结果表明:局部弹性结构自激振动对流动的控制存在最佳的振动频率范围;在合适的结构参数下,如较小的结构弹性模量和结构阻尼,局部弹性结构能够产生较大振幅的自激振动,从而改变流动结构并提高翼型升力;对于具有高升力的局部弹性翼型,结构振动能够显著改变非定常流动分离模式,减小分离区域,达到抑制分离、提高翼型升力的效果。 展开更多
关键词 局部弹性 自激振动 双时间步长 结构参数
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基于孔隙率和局部时间步长的城市洪水模拟 被引量:1
9
作者 李薇 邹吉玉 胡鹏 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期614-622,共9页
为提高城市洪水模拟的计算效率,在有限体积法框架下,基于能自动捕捉激波、间断的高精度Harten-Latex-van Leer-Contact(HLLC)近似黎曼算子,并结合局部时间步长技术,建立满足静水平衡特性的各向异性孔隙率浅水模型.经典城市洪水模拟结果... 为提高城市洪水模拟的计算效率,在有限体积法框架下,基于能自动捕捉激波、间断的高精度Harten-Latex-van Leer-Contact(HLLC)近似黎曼算子,并结合局部时间步长技术,建立满足静水平衡特性的各向异性孔隙率浅水模型.经典城市洪水模拟结果表明,所建立的模型能够精确模拟洪水传播过程的复杂流动现象,并能显著提升计算效率:孔隙率方法降低了建筑物周围网格加密的要求,能使计算效率提升一个数量级;局部时间步长技术让每个网格采用尽可能大的时间步长,减少了循环次数,可进一步提升计算效率约2.0~3.0倍. 展开更多
关键词 各向异性孔隙率 浅水方程 城市洪水模拟 局部时间步长 有限体积法
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Absorbing Interface Conditions for the Simulation of Wave Propagation on Non-Uniform Meshes
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作者 Changshi Li Yuhui Liu +2 位作者 Fengru Wang Jerry Zhijian Yang Cheng Yuan 《Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications)》 SCIE CSCD 2023年第2期433-452,共20页
We proposed absorbing interface conditions for the simulation of linear wave propagation on non-uniform meshes.Based on the superposition principle of second-order linear wave equations,we decompose the interface cond... We proposed absorbing interface conditions for the simulation of linear wave propagation on non-uniform meshes.Based on the superposition principle of second-order linear wave equations,we decompose the interface condition problem into two subproblems around the interface:for the first one the conventional artificial absorbing boundary conditions is applied,while for the second one,the local analytic solutions can be derived.The proposed interface conditions permit a two-way transmission of low-frequency waves across mesh interfaces which can be supported by both coarse and fine meshes,and perform a one-way absorption of high-frequency waves which can only be supported by fine meshes when they travel from fine mesh regions to coarse ones.Numerical examples are presented to illustrate the efficiency of the proposed absorbing interface conditions. 展开更多
关键词 local time step non-uniform mesh absorbing interface condition
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高雷诺数流动模拟的LBM方法 被引量:1
11
作者 陈彦晓 李孝伟 +1 位作者 丁珏 翁培奋 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期256-265,共10页
针对贴体网格下广义形式的补充插值LBM方法 (generalized interpolation lattice Boltzmann method, GILBM),发展了一种当地时间步法,在改善高雷诺数下翼型绕流模拟中计算稳定性的同时,有效地提高了计算效率.另外,通过引入非平衡态外推... 针对贴体网格下广义形式的补充插值LBM方法 (generalized interpolation lattice Boltzmann method, GILBM),发展了一种当地时间步法,在改善高雷诺数下翼型绕流模拟中计算稳定性的同时,有效地提高了计算效率.另外,通过引入非平衡态外推边界处理,合理解决了LBGK模型中处理复杂边界困难的问题.对5.0×10~4Re5.0×10~6的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟,并对算法的计算效率和稳定性进行分析,证明了发展方法的优越性. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 贴体网格 当地时间步 高雷诺数 非平衡态外推
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薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的界面条件(英文)
12
作者 黄乐天 孙致远 《数学杂志》 CSCD 北大核心 2015年第4期871-880,共10页
本文研究了一维线性薛定谔方程在非一致网格下数值模拟的问题.在数值模拟中,非一致网格在界面处会产生虚假反射,利用局部时间步长和界面条件的方法,成功的减小了虚假反射.改进和提高了薛定谔方程数值模拟的效率和精度.
关键词 薛定谔方程数值模拟 界面条件 局部时间步长
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DSMC方法中的自适应当地时间步长法 被引量:3
13
作者 杜永乐 阎超 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期387-390,共4页
理论分析表明,Laux提出的DSMC(Direct Simulation of Monte Carlo)方法中的当地时间步长法尽管能够显著缩短流场达到稳定所需的CPU计算时间,提高DSMC程序的运行效率,却存在仿真分子运动和碰撞计算复杂,并需要耗费额外计算机内存的缺憾.... 理论分析表明,Laux提出的DSMC(Direct Simulation of Monte Carlo)方法中的当地时间步长法尽管能够显著缩短流场达到稳定所需的CPU计算时间,提高DSMC程序的运行效率,却存在仿真分子运动和碰撞计算复杂,并需要耗费额外计算机内存的缺憾.对Laux的方法中仿真分子的运动处理时机提出了改进,并改变了其碰撞抽样方法,从而简化了仿真分子的运动和碰撞计算处理,避免了额外的计算机内存消耗.应用改进后的自适应时间步长法,对圆柱的稀薄气体绕流进行了采用和未采用改进的自适应当地时间步长法的对比计算.结果表明,改进后的自适应当地时间步长法能明显缩短流场达到稳定所需的计算时间,对流场模拟结果产生的影响却非常小. 展开更多
关键词 稀薄气体 DSMC 自适应当地时间步长
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局部间断有限元方法在纯抛物问题的数值试验 被引量:1
14
作者 武子龙 徐溦 +2 位作者 陈敏江 张俊顺 高英 《科技信息》 2009年第19期116-117,共2页
本文利用局部间断有限元方法配合显式Runge-Kutta法求解纯抛物方程。数值结果显示,经过参数的选取,局部间断有限元方法获得了丰满的误差估计。与此同时,本文也对本方法的时间步长进行了分析,给出了CFL数值表。
关键词 局部间断有限元方法 抛物方程 时间步长 CFL
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基于混合网格和局部时间步长技术的溃决洪水快速模拟 被引量:1
15
作者 彭珉 胡鹏 管大为 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2022年第5期617-624,共8页
计算效率是洪水预警预报的关键因素。该文通过局部时间步长方法减少模型计算迭代次数,通过三角形和四边形混合网格的应用以减少对计算网格总数的依赖,建立了针对溃决洪水快速模拟的浅水动力学模型。并应用模型模拟了典型溃决洪水水槽实... 计算效率是洪水预警预报的关键因素。该文通过局部时间步长方法减少模型计算迭代次数,通过三角形和四边形混合网格的应用以减少对计算网格总数的依赖,建立了针对溃决洪水快速模拟的浅水动力学模型。并应用模型模拟了典型溃决洪水水槽实验,结果表明:①模型计算所得溃决洪水水深和流速与实测数据吻合良好,②模型计算时间是传统模型运行时间的40%-90%,模型效率得到极大的提高,③将三角形网格分配在复杂边界附近可有效提升计算精度。 展开更多
关键词 溃坝洪水 浅水动力学模型 计算效率 局部时间步长技术 混合网格
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递归投影方法(RPM)及其在流场数值模拟中的加速收敛性能研究 被引量:1
16
作者 李孝伟 王正裕 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期17-22,共6页
随着计算流体力学中的物理模型的日益复杂和数据运算量的增大,人们越来越重视提高数值方法的计算效率。本文在研究RPM方法的基础上,提出了一种更易于保证实施精度的具有良好加速收敛性能的改型的RPM方法。一方面,通过构造的一维迭代格... 随着计算流体力学中的物理模型的日益复杂和数据运算量的增大,人们越来越重视提高数值方法的计算效率。本文在研究RPM方法的基础上,提出了一种更易于保证实施精度的具有良好加速收敛性能的改型的RPM方法。一方面,通过构造的一维迭代格式研究了几个控制参数如Krylov接受比、Krylov向量维数等对RPM方法的加速收敛性能的影响。另一方面,研究了在流场数值模拟中即使采用了常规的加速收敛措施如当地时间步长和隐式残值光顺以后,改型的RPM方法的加速收敛性能;结果表明,此时,RPM方法仍然能使总体上的收敛速度提高近1/3。 展开更多
关键词 RPM方法 不变子空间 当地时间步长
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