求解Boussinesq方程的四阶紧致隐式显式Runge-Kutta格式

1

作者 王红玉 依力米努尔·尼扎木 开依沙尔·热合曼 《工程数学学报》 北大核心 2025年第4期683-695,共13页

采用空间方向上的三点四阶紧致有限差分法和时间方向上的保持强稳定性的三阶隐式显式Runge-Kutta方法,提出了Boussinesq方程的一种空间四阶、时间三阶的紧致差分格式,利用傅里叶分析验证了所提格式的稳定性。通过对几个数值算例的数值... 采用空间方向上的三点四阶紧致有限差分法和时间方向上的保持强稳定性的三阶隐式显式Runge-Kutta方法,提出了Boussinesq方程的一种空间四阶、时间三阶的紧致差分格式,利用傅里叶分析验证了所提格式的稳定性。通过对几个数值算例的数值结果分析和比较,验证了所提格式的有效性。 展开更多

关键词 BOUSSINESQ方程 四阶紧致差分格式 隐式显式Runge-Kutta方法

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带色散的四阶抛物型方程的紧致差分格式 被引量：1

2

作者 李冉冉 王红玉 开依沙尔·热合曼 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期82-88,共7页

本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散,对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解,得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式,并用... 本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散,对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解,得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式,并用傅里叶方法证明了该格式的无条件稳定性。数值实验中给出三种类型的算例,并将本研究格式与Crank-Nicolson格式进行数值比较,证明了本研究格式的有效性。结果表明,本研究格式对求解带色散的四阶抛物型方程具有很好的实用性。 展开更多

关键词 带色散的四阶抛物型方程 紧致差分格式 三次Hermite插值 DIRICHLET边界条件

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2维薛定谔方程的一种高精度紧致差分格式

3

作者 依力米努尔·尼扎木 开依沙尔·热合曼 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期189-193,共5页

该文对2维薛定谔方程利用局部一维化方法,将2维方程分裂为x、y方向的2个1维薛定谔方程,然后采用6阶紧致格式的离散方法来处理空间变量的2阶导数项,将薛定谔方程转化为一个常微分方程组.通过L-稳定Simpson方法对上述空间离散化得到的常... 该文对2维薛定谔方程利用局部一维化方法,将2维方程分裂为x、y方向的2个1维薛定谔方程,然后采用6阶紧致格式的离散方法来处理空间变量的2阶导数项,将薛定谔方程转化为一个常微分方程组.通过L-稳定Simpson方法对上述空间离散化得到的常微分方程进行离散化,得到了一种具有空间6阶精度和时间3阶精度的格式,并证明了该格式无条件稳定性.并通过数值模拟和对比方法验证了格式的有效性. 展开更多

关键词 2维薛定谔方程 高精度紧致差分格式 局部1维化方法 L-稳定Simpson方法

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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

4

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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三维泊松方程的高精度多重网格解法 被引量：18

5

作者 葛永斌 田振夫 马红磊 《应用数学》 CSCD 北大核心 2006年第2期313-318,共6页

利用对称网格点泰勒展开式中各阶导数项明显的对称性,得到了数值求解三维泊松方程的四阶和六阶精度的紧致差分格式,其推导过程简便直接.为了克服传统迭代法在求解高维问题时计算量大、收敛速度慢的缺陷,采用了多重网格加速技术,设计了... 利用对称网格点泰勒展开式中各阶导数项明显的对称性,得到了数值求解三维泊松方程的四阶和六阶精度的紧致差分格式,其推导过程简便直接.为了克服传统迭代法在求解高维问题时计算量大、收敛速度慢的缺陷,采用了多重网格加速技术,设计了相应的多重网格算法,求解了三维泊松方程的Dirichlet边值问题.数值实验结果表明,本文所提出的高精度紧致格式达到了期望的精度并且多重网格方法的加速效果是非常显著的. 展开更多

关键词 泊松方程 有限差分法 高阶紧致格式 多重网格

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任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用 被引量：6

6

作者 林建国 谢志华 +1 位作者 周俊陶 林建忠（推荐） 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2007年第7期843-852,共10页

通过在泰勒级数展开中运用逐阶迭代的方法,推导出了空间任意精度的三点紧致显格式的表达式,又由Fourier分析法得到了格式的数值弥散和耗散特性.与以往的高精度紧致差分格式不同,提出的格式不用隐式求解代数方程组并且可以达到任意精度.... 通过在泰勒级数展开中运用逐阶迭代的方法,推导出了空间任意精度的三点紧致显格式的表达式,又由Fourier分析法得到了格式的数值弥散和耗散特性.与以往的高精度紧致差分格式不同,提出的格式不用隐式求解代数方程组并且可以达到任意精度.通过方波问题和顶盖方腔流的算例表明,格式在稀疏网格下可以得到很高的精度,不仅能节省计算量,而且易于编程,有很高的计算效率. 展开更多

关键词 任意精度 紧致 三节点 显格式 方腔流

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1维非定常对流扩散方程的有理型高阶紧致差分格式 被引量：9

7

作者 赵飞 蔡志权 葛永斌 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2014年第4期413-418,共6页

针对1维非定常对流扩散方程,首先建立了1种2层有理型高阶紧致差分格式,其局部截断误差为O(h4+τ2).然后采用von Neumann分析方法证明了该格式是无条件稳定的.由于在每个时间层上只涉及到3个网格点,因此可直接采用追赶法求解此差分方程.... 针对1维非定常对流扩散方程,首先建立了1种2层有理型高阶紧致差分格式,其局部截断误差为O(h4+τ2).然后采用von Neumann分析方法证明了该格式是无条件稳定的.由于在每个时间层上只涉及到3个网格点,因此可直接采用追赶法求解此差分方程.最后通过3个数值算例验证了方法的精确性和可靠性.数值结果表明:所述格式不仅能够适用于非定常对流扩散问题,而且能够较好地求解非定常纯对流问题或纯扩散问题,并且其计算效果均优于Crank-Nicolson(C-N)格式和指数型高阶紧致(EHOC)差分格式. 展开更多

关键词 非定常对流扩散方程 有理型 高阶紧致差分格式 无条件稳定

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浅水方程组合型超紧致差分格式 被引量：9

8

作者 林东 詹杰民 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期791-796,共6页

提出一族组合型超紧致差分格式(CSCD),对CSCD的数值特性作了分析,并同其他中心型差分格式进行比较。从定性角度,得出同阶中心差分格式中,CSCD格式的截断误差系数最小的结论。从定量角度,利用Fou-rier分析方法分析了CSCD格式的分辨率,并... 提出一族组合型超紧致差分格式(CSCD),对CSCD的数值特性作了分析,并同其他中心型差分格式进行比较。从定性角度,得出同阶中心差分格式中,CSCD格式的截断误差系数最小的结论。从定量角度,利用Fou-rier分析方法分析了CSCD格式的分辨率,并同其他中心型差分格式比较,得出CSCD格式有较高的分辨率的结论。把10阶CSCD格式应用于KdV-Burgers方程和浅水方程的数值模拟,给出两个应用算例。数值实验表明CSCD格式不仅有理论上的高精度,而且有良好的稳定性和收敛性。 展开更多

关键词 组合型超紧致差分格式(CSCD) Adams-Bashforth格式 分辨率

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一维定常对流扩散反应方程的高精度紧致差分格式 被引量：5

9

作者 祁应楠 武莉莉 《华中师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第1期1-6,共6页

针对一维定常对流扩散反应方程,提出了一种四阶精度的有理型紧致差分格式,其局部截断误差为O(h4);然后通过Richardson外推技术和算子插值法将本文格式的精度提高到六阶.因为格式仅涉及到3个网格基架点,所以对于Dirichlet边值问题,由差... 针对一维定常对流扩散反应方程,提出了一种四阶精度的有理型紧致差分格式,其局部截断误差为O(h4);然后通过Richardson外推技术和算子插值法将本文格式的精度提高到六阶.因为格式仅涉及到3个网格基架点,所以对于Dirichlet边值问题,由差分格式可得三对角线性方程组,可采用追赶法进行求解.最后通过数值算例验证了本文方法的精确性和可靠性. 展开更多

关键词 对流扩散反应方程 高阶紧致格式 RICHARDSON外推 有限差分法

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一维非定常对流扩散方程非均匀网格上的高阶紧致差分格式 被引量：3

10

作者 赵飞 陈建华 葛永斌 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2013年第4期475-480,共6页

针对一维非定常对流扩散方程，在非均匀网格上提出了一种两层高精度紧致差分格式，其时间具有2阶精度，空间具有3～4阶精度；然后采用Fourier分析方法给出格式的稳定性条件。最后通过数值算例验证了本文格式对于求解一维含边界层非定常... 针对一维非定常对流扩散方程，在非均匀网格上提出了一种两层高精度紧致差分格式，其时间具有2阶精度，空间具有3～4阶精度；然后采用Fourier分析方法给出格式的稳定性条件。最后通过数值算例验证了本文格式对于求解一维含边界层非定常对流扩散问题具有明显的优势。 展开更多

关键词 非定常对流扩散方程 非均匀网格 高精度紧致差分格式 边界层

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三点五阶优化广义紧致格式 被引量：2

11

作者 沈孟育 牛晓玲 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期383-390,共8页

根据两种差分格式色散误差目标函数对三点五阶广义紧致格式进行了优化。理论分析及数值实验证明了优化方法的正确性与有效性。该方法具有普遍意义,可以推广用来确定其它各阶精度的广义紧致格式的系数。并且利用类似的思想,可以通过其它... 根据两种差分格式色散误差目标函数对三点五阶广义紧致格式进行了优化。理论分析及数值实验证明了优化方法的正确性与有效性。该方法具有普遍意义,可以推广用来确定其它各阶精度的广义紧致格式的系数。并且利用类似的思想,可以通过其它限制条件对紧致格式进行优化。 展开更多

关键词 三点五阶优化广义紧致格式 多尺度物理现象 数值模拟 湍流 色散误差

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求解泊松方程的紧致高阶差分方法 被引量：11

12

作者 田振夫 《西北大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 1996年第2期109-114,共6页

基于Ｈｅｒｍｉｔｅ插值法的基本思想，提出了求解二维泊松（Ｐｏｉｓｓｏｎ）方程的紧致高阶差分方法，得到了一般形式的四阶和六阶差分紧致格式。通过数值实验证明了格式的良好性态。

关键词 泊松方程 差分方法 精度 紧致格式

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三维对流扩散方程的多重网格算法研究 被引量：1

13

作者 葛永斌 曹富军 +1 位作者 马廷福 郝庆一 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第13期54-58,共5页

研究了三维对流扩散方程基于有限差分法的多重网格算法。差分格式采用一般网格步长下的二阶中心差分格式和四阶紧致差分格式,建立了与两种格式相适应的部分半粗化的多重网格算法,构造了相应的限制算子和插值算子,并与传统的等距网格下... 研究了三维对流扩散方程基于有限差分法的多重网格算法。差分格式采用一般网格步长下的二阶中心差分格式和四阶紧致差分格式,建立了与两种格式相适应的部分半粗化的多重网格算法,构造了相应的限制算子和插值算子,并与传统的等距网格下的完全粗化的多重网格算法进行了比较。数值研究结果表明,对于各向异性问题,一般网格步长下的部分半粗化多重网格算法比等距网格下的完全粗化多重网格算法具有个更高的精度和更好的收敛效率。 展开更多

关键词 三维对流扩散方程 一般网格步长 四阶紧致差分格式 多重网格方法

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组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟 被引量：18

14

作者 杜启振 孙瑞艳 张强 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期187-195,156,共9页

从TTI介质一阶应力—速度方程出发,利用旋转交错网格高阶有限差分方法,将非分裂完全匹配层(Non-spliting Perfect Match Layer,简称NPML)边界吸收条件和自由边界条件相结合形成组合边界条件,进行了二维三分量TTI介质弹性波场数值模拟。... 从TTI介质一阶应力—速度方程出发,利用旋转交错网格高阶有限差分方法,将非分裂完全匹配层(Non-spliting Perfect Match Layer,简称NPML)边界吸收条件和自由边界条件相结合形成组合边界条件,进行了二维三分量TTI介质弹性波场数值模拟。波场快照和炮记录表明:①采用非分裂式边界条件能较好地消除近地表大角度入射波和瞬逝波;②组合边界条件与NPML边界吸收条件相比,不仅有效地压制了边界反射,同时实现了对自由地表的模拟,获得了丰富的全波场信息,其中在地表产生的PS转换横波作为一种特殊的横波现象,可为近地表结构调查以及多波波场分析等提供有益信息;③自由地表引起的面波以及多次波对偏移结果有着重要影响,因此在实际地震资料处理中应当充分考虑自由地表条件对波场的影响效应。数值模拟结果证实了组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟方法的可行性和正确性。 展开更多

关键词 有限差分法 旋转交错网格 NPML边界吸收条件 自由地表边界条件 组合边界条件 TTI介质 一阶应力—速度方程 波场 数值模拟

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杆振动方程的高阶紧致差分格式 被引量：7

15

作者 王兰 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第4期351-354,共4页

利用不同节点处空间导数的线性组合等于函数值线性组合,或者利用方程自身,得到了梁振动方程的3个模板小、精度高的高阶紧致差分格式,通过分析得到它们都是无条件稳定的.最后借助数值算例验证了理论分析的正确性,格式具有非常高的精度.

关键词 杆振动方程 高阶紧致差分格式 节点模板

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非线性耗散Schrodinger方程的紧致差分格式 被引量：1

16

作者 王廷春 张雯 王国栋 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期693-706,共14页

本文对非线性耗散Schr?dinger方程提出并分析了两个紧致有限差分格式.由于数值解的先验估计很难得到,这给格式的收敛性分析带来本质困难.为此,本文将非线性项的系数函数光滑截断为一个全局Lipschitz连续函数,并结合标准的能量方法,在对... 本文对非线性耗散Schr?dinger方程提出并分析了两个紧致有限差分格式.由于数值解的先验估计很难得到,这给格式的收敛性分析带来本质困难.为此,本文将非线性项的系数函数光滑截断为一个全局Lipschitz连续函数,并结合标准的能量方法,在对网格比没有任何要求的前提下建立了格式在最大模意义下的最优误差估计,证明数值解在空间和时间方向的收敛阶在最大模意义下分别为4阶和2阶.数值结果验证了理论分析的正确性,并展示了新格式较已有格式的优越性. 展开更多

关键词 非线性耗散Schrodinger方程 紧致差分格式 最优逐点误差估计

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三维Helmholtz方程的高阶紧致差分方法 被引量：1

17

作者 马廷福 葛永斌 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2012年第1期84-87,9,共4页

提出了三维Helmholtz方程等距网格上的一种四阶精度19点紧致差分格式。结合多重网格V循环算法和红黑高斯-塞德尔迭代法进行求解,并与二阶中心差分格式进行了比较。计算结果验证了本文方法的精确性和有效性。

关键词 三维Helmholtz方程 高阶紧致格式 有限差分法 多重网格方法

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奇性方腔黏性流动的完全高精度紧致差分方法 被引量：1

18

作者 王晓峰 袁合才 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期14-18,22,共6页

以涡量流函数形式的Navier-Stokes(N-S)方程为例,详细介绍了构造完全高精度紧致差分格式的一般方法.所建立的高精度差分格式,无论是在计算区域的内点还是在边界点上均可以达到4阶精度,且具有紧致性,与已有数值实验结果相比只需要用很少... 以涡量流函数形式的Navier-Stokes(N-S)方程为例,详细介绍了构造完全高精度紧致差分格式的一般方法.所建立的高精度差分格式,无论是在计算区域的内点还是在边界点上均可以达到4阶精度,且具有紧致性,与已有数值实验结果相比只需要用很少的网格(61×61)就可以求得较高计算精度的数值解,从而大大节省了计算时间,提高了计算效率. 展开更多

关键词 奇性方腔 完全高精度 紧致差分格式 伪时间导数

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二维定常对流扩散方程的一种高精度紧致差分方法 被引量：4

19

作者 魏剑英 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2012年第2期112-117,共6页

对于二维对流扩散方程,利用一阶和二阶导数的四阶Padé型紧致差分逼近式,结合原方程,得到了求解该方程的一种四阶精度的隐式紧致差分格式。该格式在每个空间方向上只涉及到3个点处的未知量及导数值,对导数利用四阶显式偏心格式,然... 对于二维对流扩散方程,利用一阶和二阶导数的四阶Padé型紧致差分逼近式,结合原方程,得到了求解该方程的一种四阶精度的隐式紧致差分格式。该格式在每个空间方向上只涉及到3个点处的未知量及导数值,对导数利用四阶显式偏心格式,然后利用Richardson外推法、算子插值法及导数在边界点处的六阶显式偏心格式,将构造的四阶紧致差分格式的精度提高到六阶。最后通过数值实验验证了该方法的精确性和有效性。 展开更多

关键词 对流扩散方程 紧致格式 高精度 隐式差分 RICHARDSON外推法 有限差分法

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用于波动方程计算的高阶精度紧致差分方法 被引量：2

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作者 罗柏华 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期134-141,共8页

研究低耗散低色散的高阶精度紧致差分方法,目的是直接模拟非定常的波动问题。空间导数采用七点六阶以上精度的紧致差分逼近,研究3种空间离散格式:一个通过降低色散(相位)误差得到优化格式CO6,以及标准的五点六阶紧致格式C6和七点八阶精... 研究低耗散低色散的高阶精度紧致差分方法,目的是直接模拟非定常的波动问题。空间导数采用七点六阶以上精度的紧致差分逼近,研究3种空间离散格式:一个通过降低色散(相位)误差得到优化格式CO6,以及标准的五点六阶紧致格式C6和七点八阶精度紧致格式C8;时间推进采用2种四阶精度的Runge-Kutta方法(RK4和RK46)。分析比较空间离散格式的有效波数范围、空间-时间全离散格式的误差特性、长距离波传播计算时的累积误差特性。通过对全离散格式的误差等特性的分析比较,对这类格式的应用提出建议。最后,通过流体波动问题算例,验证了该格式计算波动问题的高精度特性。 展开更多

关键词 紧致差分格式 计算气动声学 高精度

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