二维二阶椭圆问题的多尺度间断有限元方法

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在复合材料问题、多孔渗流问题及高Reynolds数的湍流输运问题等实际问题中,会遇到具有多个尺度的偏微分方程。对这类方程如果用传统的有限元方法求解,则需网格尺度小于方程中的最小尺度,这样会导致网格剖分太细,计算量太大。并且很多时候我们更关心的是解的宏观意义下的形态,而不是微观意义下解答所有信息。侯一钊等人提出的多尺度有限元方法,采用多尺度基函数来反映小尺度的信息,不必要求网格剖分尺度小于方程中的最小尺度,并且能很好的表示出小尺度对解的影响,但是这种数值格式的误差阶较低。如果在单元上利用多尺度基函数,对多尺度方程利用间断有限元方法来求解,这样得到这类多尺度方程的新的数值方法一多尺度间断有限元方法。使用多尺度间断有限元方法,既可以用多尺度基函数表示出小尺度对解的影响,又可以获得较高的误差阶,结合了两种方法的优势。   本文首先介绍了多尺度有限元方法,然后,选择Babuska-Zlamal数值流通量,推导出多尺度-Babuska-Zlamal间断有限元方法的数值格式,通过数值算例表明:对二维二阶多尺度椭圆问题,使用多尺度-间断有限元方法,既能表示出小尺度对解的影响,还能达到至少5阶收敛率。并且多尺度基函数的精度对解没有影响,但是基函数的边界条件的选择对数值解的影响很大。因此,该方法继承了多尺度有限元方法和间断有限元方法二者的优点。
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