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高精度加权紧致非线性格式的研究进展 被引量:21
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作者 邓小刚 刘昕 +1 位作者 毛枚良 张涵信 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期417-427,共11页
综述了高精度加权紧致非线性格式WCNS在理论分析以及复杂流动应用方面的研究进展.首先回顾了国内外高精度格式研究的概况,然后介绍了WCNS的研究与发展历程.在对WCNS进行了Fourier分析和渐近稳定性分析后,给出了WCNS求解多维复杂流动的算例.
关键词 高精度格式 加权紧致非线性格式 FOURIER分析 渐近稳定性理论
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高速粘性内流的高分辨率高精度迎风型杂交格式 被引量:8
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作者 王保国 沈孟育 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1995年第4期365-373,共9页
本文在有限体积离散和LU分解的基础上,构造出一个新的隐式迎风型杂交格式,并用于求解定常流动的稳态解。该格式对Navier-Stokes方程无粘部分的数值通量采用Yee的三阶精度MUSCL型TVD格式,其粘性部分的导数... 本文在有限体积离散和LU分解的基础上,构造出一个新的隐式迎风型杂交格式,并用于求解定常流动的稳态解。该格式对Navier-Stokes方程无粘部分的数值通量采用Yee的三阶精度MUSCL型TVD格式,其粘性部分的导数用四阶紧致差分;离散后方程的隐式部分仍保持了LU快速求解的特征;该算法在时间上具有二阶精度。六个典型的内流算例表明:该格式计算稳定、捕捉激波分辨率高,能较好地模拟激波与边界层的干涉及激波反射等一些复杂的流动现象,与实验比较令人满意。 展开更多
关键词 高精度 高分辨率 粘性内流 计算空气动力学
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高精度格式WCNS-E-5计算物面热流 被引量:7
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作者 刘昕 邓小刚 +1 位作者 毛枚良 宗文刚 《计算物理》 CSCD 北大核心 2005年第5期393-398,共6页
采用加权紧致非线性格式WCNS_E_5,四阶精度的二阶导数差分近似以及四阶精度的边界格式构造了高精度算法,对高超声速粘性流动的物面热流进行数值研究.首先考察了壁面网格雷诺数对驻点热流的影响,然后开展了边界格式对热流计算结果影响的... 采用加权紧致非线性格式WCNS_E_5,四阶精度的二阶导数差分近似以及四阶精度的边界格式构造了高精度算法,对高超声速粘性流动的物面热流进行数值研究.首先考察了壁面网格雷诺数对驻点热流的影响,然后开展了边界格式对热流计算结果影响的研究,最后对大攻角钝锥绕流进行了数值模拟.研究结果表明:WCNS_E_5能降低边界层内网格分辨率,全场高精度的WCNS_E_5计算得到的流场图像清晰、真实、分辨率高,热流值准确、可靠. 展开更多
关键词 高精度格式 加权紧致非线性格式 NAVIER-STOKES方程
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高阶精度CFD应用在天河2系统上的异构并行模拟与性能优化 被引量:5
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作者 王勇献 张理论 +3 位作者 车永刚 徐传福 刘巍 程兴华 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期833-842,共10页
在当前主流的众核异构高性能计算机平台上开展超大规模计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)应用的高效并行数值模拟仍然面临着一系列挑战性技术问题,也是该领域的热点研究问题之一.面向天河2高性能异构并行计算平台,针对高... 在当前主流的众核异构高性能计算机平台上开展超大规模计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)应用的高效并行数值模拟仍然面临着一系列挑战性技术问题,也是该领域的热点研究问题之一.面向天河2高性能异构并行计算平台,针对高阶精度CFD流场数值模拟程序的高效并行进行了探索,重点讨论了CFD应用特点与众核异构高性能计算机平台特征相适应的性能优化策略,从任务分解、并行度挖掘、多线程优化、SIMD向量化、CPU与加速器协同优化等方面,提出一系列性能提升技术.通过在天河2高性能异构并行计算平台上进行了多个算例的数值模拟,模拟的最大CFD规模达到1 228亿个网格点,共使用约59万CPU+MIC处理器核,测试结果表明移植优化后的程序性能提高2.6倍左右,且具有良好的可扩展性. 展开更多
关键词 计算流体动力学 高阶精度格式 并行计算 CPU+MIC异构协同并行 性能优化 天河2超级 计算机
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耗散紧致格式的频谱特性研究与应用 被引量:4
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作者 毛枚良 邓小刚 李松 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期371-377,共7页
采用Fourier分析方法,给出线性耗散紧致格式和基于m级Runge-Kutta时间积分方法的全离散格式的频谱特性,并应用五阶耗散紧致格式模拟典型高频波传播和超声速平面Couette流动的特征值问题及其稳定性边值问题,展示耗散紧致差分格式良好的... 采用Fourier分析方法,给出线性耗散紧致格式和基于m级Runge-Kutta时间积分方法的全离散格式的频谱特性,并应用五阶耗散紧致格式模拟典型高频波传播和超声速平面Couette流动的特征值问题及其稳定性边值问题,展示耗散紧致差分格式良好的频谱特性. 展开更多
关键词 高精度格式 耗散紧致格式 FOURIER分析 群速度 相速度
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高精度非线性格式WCNS的分析研究与其应用 被引量:3
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作者 刘昕 邓小刚 毛枚良 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期264-268,共5页
首先将Fourier方法推广于高维方向研究了五阶精度WCNS的特性,并与其他高阶格式进行比较。分析结果表明WCNS的高精度特性普遍接近甚至好于迎风偏置五阶显式格式EUW-5与Pade′标准格式。然后开展了WCNS的应用研究,采用高效率的WCNS-E-5数... 首先将Fourier方法推广于高维方向研究了五阶精度WCNS的特性,并与其他高阶格式进行比较。分析结果表明WCNS的高精度特性普遍接近甚至好于迎风偏置五阶显式格式EUW-5与Pade′标准格式。然后开展了WCNS的应用研究,采用高效率的WCNS-E-5数值模拟了含强激波的高维复杂流场。算例包括二维高超声速边界层对自由流扰动波的吸收问题以及三维球头绕流问题。计算结果反映出WCNS-E-5对激波等间断的良好捕捉能力,图像清晰光滑,数据准确可靠。 展开更多
关键词 高精度格式 加权紧致非线性格式 FOURIER分析 波吸收现象 粘性流动
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Numerical simulation of coherent structure in two-dimensional compressible mixing layers 被引量:2
7
作者 傅德薰 马延文 《Science China Mathematics》 SCIE 1996年第11期1183-1192,共10页
The coherent structure in two-dimensional mixing layers is simulated numerically with the compressible Navier-Stokes equations. The Navier-Stokes equations are discretized with high-order accurate upwind compact schem... The coherent structure in two-dimensional mixing layers is simulated numerically with the compressible Navier-Stokes equations. The Navier-Stokes equations are discretized with high-order accurate upwind compact schemes. The process of development of flow structure is presented: loss of stability, development of Kelvin-Helmholtz instability, rolling up and pairing. The time and space development of the plane mixing layer and influence of the compressibility are investigated. 展开更多
关键词 COHERENT structure PAIRING high-order accurate scheme.
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非定常Euler方程数值计算中高精度格式应用 被引量:3
8
作者 赵云飞 刘绪 +2 位作者 涂国华 刘伟 毛枚良 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期12-16,共5页
采用五阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)和非定常"双时间步"方法求解非定常Euler方程,模拟NACA0012翼型强迫俯仰振动流场,研究了高精度格式应用到非定常计算时"双时间步"方法物理时间步长、子迭代收敛判据、子迭代... 采用五阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)和非定常"双时间步"方法求解非定常Euler方程,模拟NACA0012翼型强迫俯仰振动流场,研究了高精度格式应用到非定常计算时"双时间步"方法物理时间步长、子迭代收敛判据、子迭代步数以及物理时间导数离散方法对计算精度和计算效率的影响。 展开更多
关键词 高精度格式 非定常流动 WCNS格式 EULER方程 数值模拟
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气体动理学格式及其在再入问题中的应用 被引量:3
9
作者 李诗一 张潮 +2 位作者 谭爽 李启兵 符松 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期885-890,共6页
介绍了气体动理学格式GKS在飞行器高超声速再入过程涉及的跨流域稀薄及湍流等复杂流动问题中的拓展和应用。GKS利用BGK方程的通解来计算单元界面上的通量,耦合了分子的自由运动和相互碰撞,内涵多尺度特性。本文发展了耦合多种湍流模式... 介绍了气体动理学格式GKS在飞行器高超声速再入过程涉及的跨流域稀薄及湍流等复杂流动问题中的拓展和应用。GKS利用BGK方程的通解来计算单元界面上的通量,耦合了分子的自由运动和相互碰撞,内涵多尺度特性。本文发展了耦合多种湍流模式的拓展GKS,能对典型高超声速湍流进行有效模拟。基于通量重构CPR框架发展了非结构网格上的高精度格式CPR-GKS,在可压缩黏性流动中可以同时保持高精度和良好的激波捕捉能力。为模拟航天器再入过程中的跨流域稀薄流动,发展了适合大规模并行计算的高效UGKS,并在再入问题中得到了很好的应用。研究揭示了GKS在再入问题模拟中的优异性能及其广阔的应用前景。 展开更多
关键词 气体动理学格式 再入 湍流模拟 高精度格式 稀薄流动
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构建非结构网格高精度有限体积方法的新途径 被引量:2
10
作者 任玉新 王乾 +2 位作者 潘建华 章雨思 黄乾旻 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期63-86,共24页
综述了笔者所在研究团队在发展非结构网格紧致模板高精度有限体积方法方面的研究进展。非结构网格二阶精度有限体积方法在各类商用和自研计算流体力学(CFD)软件中得到了广泛应用。当进一步提高精度时,遇到的主要困难是高阶有限体积方法... 综述了笔者所在研究团队在发展非结构网格紧致模板高精度有限体积方法方面的研究进展。非结构网格二阶精度有限体积方法在各类商用和自研计算流体力学(CFD)软件中得到了广泛应用。当进一步提高精度时,遇到的主要困难是高阶有限体积方法重构模板过大的问题。这已成为发展非结构网格高精度有限体积方法的主要技术瓶颈之一。近年来,为解决此问题开展了系统研究。基于首先提出的操作紧致性概念,先后提出了3种紧致模板高精度重构方法,包括紧致最小二乘重构、变分重构和多步重构。这些重构方法的共同特点是可在只包含面相邻单元的紧致模板上实施,并达到任意高阶精度。综述了这3种方法,对这些方法的构造思路、实施策略和进一步发展做了概要的阐述。其中变分重构方法将作为非结构网格高精度有限体积方法的方案之一,在国家数值风洞(NNW)工程中得到发展及应用。 展开更多
关键词 高精度格式 有限体积方法 非结构网格 紧致模板 重构算法 国家数值风洞(NNW)工程
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An improved two-dimensional unstructured CE/SE scheme for capturing shock waves 被引量:1
11
作者 付峥 刘凯欣 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第4期1-9,共9页
In this paper, the accuracy of Chang's unstructured space-time conservation element and solution element (CE/SE) scheme is analysed for the first time. Based on a redefinition of conservation elements and solution ... In this paper, the accuracy of Chang's unstructured space-time conservation element and solution element (CE/SE) scheme is analysed for the first time. Based on a redefinition of conservation elements and solution elements, an improved two-dimensional (2D) unstructured CE/SE scheme with an adjustable parameter β is proposed to accurately capture shock waves. The new scheme can be applied to any type of grid without special treatnmnt. Compared with Chang's original parameter a, larger/5 dose not cost extra computational resources. Numerical tests reveal that the new scheme is not only clear in physical concept, compact and highly accurate but also more capable of capturing shock waves than the popular fifth-order accurate weighted essentially non-oscillatory scheme. 展开更多
关键词 CE/SE method unstructured mesh high-order accurate scheme shock waves
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面向高阶精度CFD的JFNK算法及其并行计算 被引量:2
12
作者 程彬 李大力 +3 位作者 徐传福 刘巍 王光学 邓小刚 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2017年第1期61-69,共9页
目前计算效率低是限制计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)高阶精度格式方法的重要因素之一。由于高阶精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS(lowerupper symmetric Gauss-Seidel)等算... 目前计算效率低是限制计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)高阶精度格式方法的重要因素之一。由于高阶精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS(lowerupper symmetric Gauss-Seidel)等算法的收敛效率。JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)算法是Krylov子空间方法与非精确牛顿方法的结合,拥有较好的迭代收敛效率,采用无矩阵思想,只计算Jacobian矩阵与矢量的乘积,从而有效避免Jacobian矩阵的计算和存储。在真实高精度结构网格CFD应用程序中,设计并实现了JFNK时间求解算法。在有粘低速圆柱绕流的算例测试中,和传统LU-SGS算法相比,JFNK算法拥有更好的计算稳定性,同时可使迭代收敛效率提高2倍以上。以天河2号超级计算机为并行计算平台,对JFNK算法和传统的LU-SGS算法的并行强可扩展性进行了测试,二者均表现出良好的并行效率。 展开更多
关键词 高阶精度格式 JFNK算法 计算效率 可扩展性
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高精度格式WCNS-E-5的Fourier分析与应用 被引量:1
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作者 刘昕 邓小刚 毛枚良 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期329-333,共5页
对高精度加权紧致非线性格式WCNS-E-5进行了理论分析和应用研究。首先采用Fourier方法分析了WCNS-E-5与WCNS-5及其它高阶格式(迎风偏置格式EUW-5与标准格式)的差分误差特性,研究了它们在分辨效率方面的特性和相位误差在多维方向上的各... 对高精度加权紧致非线性格式WCNS-E-5进行了理论分析和应用研究。首先采用Fourier方法分析了WCNS-E-5与WCNS-5及其它高阶格式(迎风偏置格式EUW-5与标准格式)的差分误差特性,研究了它们在分辨效率方面的特性和相位误差在多维方向上的各向异性特性。分析结果显示WCNS-E-5与WCNS-5在色散与耗散特性方面优于EUW-5,分辨效率也普遍高于EUW-5和格式,而且它们的相位速度在多维方向上传播所表现的各向异性特性与其它高阶格式一致。WCNS-E-5的高精度特性与WCNS-5的一致,但在计算过程中少了三对角矩阵求解因而它的效率更高,于是采用WCNS-E-5数值模拟了二维/三维复杂流场,算例包括单涡斜向运动、二维Rie-mann问题以及存在分离的大攻角钝锥流动问题。计算结果体现了WCNS-E-5具有很低的数值耗散误差,它对激波、膨胀波和接触面等间断具有很好的捕捉能力,得到的图像清晰光滑,准确再现了真实流动现象。 展开更多
关键词 高精度格式 加权紧致非线性格式 复杂流动 FOURIER分析
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基于边界变差最小的高精度有限差分格式构造 被引量:1
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作者 张昊 谢春晖 +2 位作者 董义道 王东方 邓小刚 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期185-197,共13页
从加权紧致非线性(WCNS)高精度有限差分格式出发,在其重构形式的基础上,根据边界变差最小(BVD)原理,遵循单元边界两侧重构物理量值之差最小的准则,在每个单元内通过两步空间重构,构造了一种新的高精度有限差分格式。一般对WCNS等加权非... 从加权紧致非线性(WCNS)高精度有限差分格式出发,在其重构形式的基础上,根据边界变差最小(BVD)原理,遵循单元边界两侧重构物理量值之差最小的准则,在每个单元内通过两步空间重构,构造了一种新的高精度有限差分格式。一般对WCNS等加权非线性格式的改进都是基于改善色散耗散特性、优化非线性权、提高分辨率等单一途径,将它们作为重构候补函数进行结合,既保持了各自优势所在,又能控制格式整体黏性,所得格式具有丰富的应用场景。通过数值实验,将结果与单一格式进行对比,新格式既能在流场光滑区保证设计的精度,对激波等间断附近的振荡也有很好的抑制作用,提高了对高波数区的分辨率,而且在长时间计算后也有较为精确的结果。面向广泛发展的数值格式,还可以构造出其他新方法,对包含强间断和多尺度的流动问题可以获得更好的结果。 展开更多
关键词 有限差分离散 高精度格式 WCNS 激波捕捉 空间重构
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ON NUMERICAL TECHNIQUES IN CFD
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作者 庄逢甘 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2000年第3期193-216,共24页
Numerical techniques play an important role in CFD. Some of them are reviewed in this paper. The necessity of using high order difference scheme is demonstrated for the study of high Reynolds number viscous how. Physi... Numerical techniques play an important role in CFD. Some of them are reviewed in this paper. The necessity of using high order difference scheme is demonstrated for the study of high Reynolds number viscous how. Physical guide lines are provided for the construction of these high order schemes. To avoid unduly ad hoc treatment in the boundary region the use of compact scheme is recommended because it has a small stencil size compared with the traditional finite difference scheme. Besides preliminary Fourier analysis shows the compact scheme can also yield better space resolution which makes it more suitable to study flow with multiscales e.g. turbulence. Other approaches such as perturbation method and finite spectral method are also emphasized. Typical numerical simulations were carried out. The first deals with Euler equations to show its capabilities to capture flow discontinuity. The second deals with Navier-Stokes Equations studying the evolution of a mixing layer, the pertinent structures at different times are shown. Asymmetric break down occurs and also the appearance of small vortices. 展开更多
关键词 high order accurate scheme Euler equations Navier-Stokes equations
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五阶HWCNS在低速复杂流场中的应用 被引量:1
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作者 周云龙 刘伟 +2 位作者 董义道 王光学 邓小刚 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1-7,共7页
采用五阶精度显式混合加权紧致非线性格式求解雷诺平均NS方程;利用多块对接结构网格技术,对30P-30N多段翼型进行网格收敛性研究。在不考虑转捩的情况下,采用SA一方程湍流模型研究混合加权紧致非线性格式与二阶精度MUSCL格式对该翼型压... 采用五阶精度显式混合加权紧致非线性格式求解雷诺平均NS方程;利用多块对接结构网格技术,对30P-30N多段翼型进行网格收敛性研究。在不考虑转捩的情况下,采用SA一方程湍流模型研究混合加权紧致非线性格式与二阶精度MUSCL格式对该翼型压力分布和典型站位速度型的影响,并与实验结果进行对比分析。采用混合加权紧致非线性格式和SA一方程湍流模型模拟梯形翼高升力构型低速复杂流场,通过对总体气动特性和压力分布的分析,探讨五阶精度显式混合加权紧致非线性格式在低速复杂外形流动中的应用能力。结果表明,对30P-30N三段翼型,采用全湍流模拟方法可以得到较好的压力分布;对梯形翼高升力构型,在附着流和边界层小分离情况下混合加权紧致非线性格式有较好的模拟能力。 展开更多
关键词 高精度格式 混合加权紧致非线性格式 NAVIER-STOKES方程 低速流动 湍流模型
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高精度差分格式及多尺度流场特性的数值模拟 被引量:17
17
作者 傅德薰 马延文 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第1期24-24,共1页
简要介绍了作者近年所发展的高精度差分格式,给出了两类格式精度的分析方法,分析了粘性项差分逼近所引入的耗散量低亏效应。文中按群速度将格式分为快型、慢型和混合型三类。对每类格式分析了高频波的传播特性。指出,模拟多尺度流场... 简要介绍了作者近年所发展的高精度差分格式,给出了两类格式精度的分析方法,分析了粘性项差分逼近所引入的耗散量低亏效应。文中按群速度将格式分为快型、慢型和混合型三类。对每类格式分析了高频波的传播特性。指出,模拟多尺度流场结构采用高精度格式是需要的。对高频波运动规律的分析可用以解释激波附近数值解中产生的非物理振荡的原因,和指导如何提高激波捕捉的能力。文中还分析了高精度格式对网格雷诺数的限制条件。 展开更多
关键词 流场 高精度格式 计算空气动力学 多尺度流场
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高精度强紧致三点格式的构造及边界条件的处理 被引量:6
18
作者 王保国 刘淑艳 +1 位作者 闫为革 李福庆 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期13-18,共6页
在紧致格式的基础上 ,提出了在 3个网格结点的框架下构造各阶奇次偏导数与偶次偏导数以及混合偏导数的高精度差分逼近方法和通用表达式 .首次提出了边界条件处理的具体方法 .本格式在构造时所涉及的网格结点数少 ,而且内点与边界点处具... 在紧致格式的基础上 ,提出了在 3个网格结点的框架下构造各阶奇次偏导数与偶次偏导数以及混合偏导数的高精度差分逼近方法和通用表达式 .首次提出了边界条件处理的具体方法 .本格式在构造时所涉及的网格结点数少 ,而且内点与边界点处具有相同的格式精度 .另外 ,由于内点与边界点处的各阶导数均采用统一求解块三对角阵的快速求解措施 ,因此该方法具有简捷、高效和通用的特点 ,并且易于推广到多维流场计算 . 展开更多
关键词 高精度强紧致三点格式 边界条件 差分逼近 三维流场 数值计算 差分格式
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强紧致六阶格式的构造及应用 被引量:4
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作者 王保国 刘淑艳 +2 位作者 潘美霞 高雪莲 殷蕾 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期761-763,共3页
本文在三点格式的框架下,构造了强紧致六阶格式。与目前计算流体力学和气动热力学中常用的数值计算格式相比,该格式所涉及的网格点数少,而且内点与边界点能达到相同精度。几个典型算例表明:该格式能达到预期的高精度,并且计算简单,方便... 本文在三点格式的框架下,构造了强紧致六阶格式。与目前计算流体力学和气动热力学中常用的数值计算格式相比,该格式所涉及的网格点数少,而且内点与边界点能达到相同精度。几个典型算例表明:该格式能达到预期的高精度,并且计算简单,方便,可行。 展开更多
关键词 高精度差分格式 三点格式 强紧致格式
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摄动有限差分方法研究进展 被引量:18
20
作者 高智 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2000年第2期200-215,共16页
振动有限差分(PFD)方法,既离散徽商项也离散非微商项(包括微商系数),在微商用直接差分近似的前提下提高差分格式的精度和分辨率.PFD方法包括局部线化微分方程的摄动精确数值解(PENS)方法和摄动数值解(PNS)方法... 振动有限差分(PFD)方法,既离散徽商项也离散非微商项(包括微商系数),在微商用直接差分近似的前提下提高差分格式的精度和分辨率.PFD方法包括局部线化微分方程的摄动精确数值解(PENS)方法和摄动数值解(PNS)方法以及考虑非线性近似的摄动高精度差分(PHD)方法。论述了这些方法的基本思想、具体技巧、若干方程(对流扩散方程、对流扩散反应方程、双曲方程、抛物方程和KdV方程)的PENS、PNS和PHD格式,它们的性质及数值实验.并与有关的数值方法作了必要的比较.最后提出值得进一步研究的一些课题. 展开更多
关键词 有限差分方法 摄动精确数值解 摄动有限差分方法
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