浅水波问题和Stokes问题的数值方法

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tank12134
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本论文由两个部分组成。第一部分是关于两类浅水波模型的数值方法:非线性浅水波方程和Green-Naghdi模型的中心间断Galerkin法。非线性浅水波方程描述了非线性非色散波的传播过程,而Green-Naghdi模型被使用来模拟非线性弱色散波的传播。第二部分考虑了Stokes问题的多小波Galerkin边界元法。Stokes问题通常被使用来模拟小雷诺数下的不可压缩粘性流体的流动。数值上求解非线性浅水波方程通常遭遇两个问题。一是因为该模型是一个平衡律,其有静水稳定解,对该稳定解,方程的通量非零但被源项所平衡,但是通常的数值方法不能保持源项和通量的平衡,因此当考虑与稳定解相关的问题时可能产生数值震荡。二是当问题涉及到干区域或者几乎干的区域时,在水波的运动过程中,数值方法可能产生负的水深。为了克服这些问题,我们分别提出了一个保持平衡的中心间断Galerkin法和一个保正(保持水深非负)的中心间断Galerkin法来求解一维非线性浅水波方程,前者能够保持源项和通量的平衡,后者能够维持水深的非负性。我们分别证明了这两个方法的保持平衡性和保正性。基于这两个方法,我们又提出了一个保正且保持平衡的中心间断Galerkin法,该方法能够同时保持源项与通量的平衡和水深的非负性。这些方法也被推广到二维的非线性浅水波方程。与非线性浅水波方程一样,Green-Naghdi模型也有静水稳定解,相应的数值方法也需要保持该稳定解,并且数值方法也需要保持水深的非负性。此外,Green-Naghdi模型的通量和源项包含空间和时间的混合导数,这也是在设计数值方法时遇到的一个问题。为了设计好数值方法,我们首先将Green-Naghdi模型改写为一个平衡律和一个椭圆型方程的耦合系统,该系统消除了通量和源项中的混合导数。因为平坦底部的Green-Naghdi模型不包含非零源项,因而不需要平衡源项和通量,因此我们提出了一个中心间断Galerkin-有限元法来求解该模型。对非平坦底部的Green-Naghdi模型,我们提出了一个保持平衡的中心间断Galerkin-有限元法。另外,当问题涉及到干区域或者几乎干的区域时,我们提出了一个保正且保持平衡的中心间断Galerkin-有限元法。在这些方法中,我们将求解非线性浅水波方程的那些方法使用来求解耦合系统中的平衡律,而椭圆型方程则通过有限元方法来求解。用边界元法求解Stokes问题时可以同时把连续性方程或流体的不可压缩条件包含在满足Stokes方程的边界积分方程中,且流体的速度和压力可以分别计算,故边界元方法一直受到广泛的关注。然而由于边界积分方程的全局性,边界元矩阵是稠密的,因此计算复杂度为ON2(N是未知量的数目)。为了克服这个缺点,我们提出了一个多小波Galerkin边界元法来求解二维的Stokes问题。这个方法联合了Stokes方程的边界积分方程和Alpert多小波,其中Alpert多小波被使用来构造边界积分方程的变分公式中的检验函数和测试函数。由于多小波的使用,通过两次矩阵压缩,该方法能够将边界元矩阵的计算复杂度从ON2降低到ON。为了有效的计算对数奇异的双重积分,我们对内层积分进行解析计算,而对外层积分使用高斯求积公式。最后,我们使用一些数值算例来检验了所提出的方法的精度,可靠性和有效性。
其他文献
教师的素养极大地影响着教师队伍的发展,同时也影响着学生群体的成长,教师师德建设水平严重影响着教育的发展进程.本文主要通过阐述加强教师师德建设的要点和措施,为教师师德
稀疏正则化方法常常用于恢复稀疏信号。然而,稀疏正则化方法大多用于处理带有适定随机矩阵的压缩感知问题。而对于处理那些不适定问题,如图像修复、图像去模糊及参数识别等等,稀
荣优225是江西省农业科学院水稻研究所利用荣丰A与自育的恢复系R225配组育成的杂交晚籼稻新组合,2009年3月通过江西省农作物品种审定委员会审定,2012年12月通过国家农作物品
高校创新文化会对学生创业导向造成影响,良好的创新文化可以让学生产生创业倾向.本文将高校创新文化对学生创业导向的影响分为四个方面进行分析,重点研究高校创新文化对学生
实验是中职化学中的核心组成部分,通过实验教学不仅能够提高学生的动手操作能力,而且也能够培养学生谨慎细致、一丝不苟的科学素养,对学生今后的成长和发展也有积极作用.但是
采油是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称.它所研究的是可经济有效地作用于油藏,以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术
任取一个有限群G和G的任意两个子群H,K≤G,定义HomG(H,K)={α∈Hom(H,K)丨α=cg使得gH≤K,对于某个g∈G}.换句话说,HomG(H,K)是由G中元素共轭诱导的从H到K的所有单同态的集合,  
A low computational cost cancelable fingerprint template, namely the multi-line codes was proposed. The formulation of a single-line code involves the inspection of minutiae distribution along a strai
请下载后查看,本文暂不支持在线获取查看简介。 Please download to view, this article does not support online access to view profile.
期刊
毛泽东:我的一点意见8月31日,毛泽东写了《我的一点意见》,印发全体中委、候补中委。9月1日,大家看到这个文件。《我的一点意见》全文如下:我的一点意见这个材料(指陈伯达等