广义变系数Burgers方程的一种预处理谱方法

来源 :上海大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meimeini
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
谱方法是求解偏微分方程数值解的重要方法之一,它对规则区域上有光滑解的问题具有高精度的优点,在许多领域得到了广泛的应用。本文主要研究一些变系数非线性发展方程的预处理Legendre-Galerkin Chebyshev配置方法及其多区域方法。   在客观世界中,物质复杂的运动变化规律一般可以归结为变系数非线性模型。如今变系数非线性模型在等离子体、超导体、光纤通信、流体力学等领域中具有广泛的应用。因此,研究变系数非线性发展方程显得尤为重要,最近几年人们在对该问题的研究方面也已经取得了一定的进展。   本文的主要工作是以变系数Burgers方程为模型,研究快速有效的预处理谱方法。求解该类方程存在两个难点:一个是对变系数项的处理,另一个是对非线性项的处理。对这两个难点,谱方法在理论分析和数值计算中都已经有一些好的工作.但他们对稳定性的条件要求比较严格,并且计算量也比较大。   首先,本文对一维变系数Burgers方程提出了一种预处理Legendre-Galerkin Chebyshev配置方法(P-LGCC),即将预处理方法和Legendre-Galerkin Chebyshev配置方法(LGCC)结合起来应用到求解方程中。该方法对方程在时间方向上采用leapfrog/Crank-Nicolson格式(LF/CN)进行离散,在空间方向上整体采用Legendre-Galerkin方法(LG)离散,但对非线性项采用Chebyshev配置方法进行逼近,特别对变系数项用一个常数进行预处理,这使得非线性项和变系数项能够显式计算.由该方法得到的系数矩阵具有稀疏性,加上利用快速Legendre变换,计算量得到了很大的减少。通过数值分析,得到了该方法按H1模的最优误差估计。由于Gauss点的非均匀性,使得稳定性条件给步长带来了严格的限制,为了改进稳定性,本文首次提出用一个一次多项式来对变系数项进行预处理,该方法同样可以得到稀疏的系数矩阵,计算量与采用常数进行预处理的情形相似,但稳定性条件得到了放宽。对该方程,本文还构造了多区域预处理Legendre-Galerkin Chebyshev配置方法,即将整个区间分割成若干个互不相交的子区间,在每个子区间上运用P-LGCC方法。这里对每一种预处理的方法,又分两种情况进行了讨论,即对整个区间采用一个常数或一个一次多项式进行预处理和对每个子区间分别采用一个常数或一个一次多项式进行预处理。对常数进行预处理的两种情况,文中都给出了按H1模的误差估计。与单区域方法相比,多区域方法能够适当的调节分割点,改进逼近性态;降低矩阵的规模,改善矩阵的条件数;也可以实现并行计算,减少存储量。其次,本文将该方法推广到求解二维变系数Burgers方程中.类似于对一维变系数Burgers方程的处理方法,对二维变系数Burgers方程,给出了P0-LGCC格式,即时间上采用LF/CN格式进行离散,空间上整体采用LG方法离散,但对非线性项采用Chebyshev配置方法进行逼近,并用一个常数对变系数项进行预处理。为了计算上的简化,文中将交替方向方法应用到格式的设计上,它可以将两维问题的求解转化为一维问题的求解,并可以实现高度的并行化计算。   本文做了充分的数值试验,通过对结果的比较和分析,验证了文中所提出方法的有效性和理论分析的正确性。
其他文献
本文主要讨论一类半开集及广义度量空间,由三部分组成,第一部分通过半开集建立了半可数仿紧空间,作为可数仿紧空间的推广,给出了它的一些等价刻画,并讨论了它的积空间,拓扑和
大型稀疏线性方程组的求解是许多科学和工程计算中的重要问题。当前计算机技术发展飞速,大型科学计算已经进入大规模并行计算时代,基于并行计算环境研究大型稀疏线性系统的高效
由于光子晶体在应用中展现出非凡的光学性质和重要的潜在应用,它们在理论和实际中被广泛研究。许多光子晶体器件是集成光路的重要组成元件,例如波导拐弯器,波导分叉器,高频滤波器
排序(scheduling)问题是运筹学领域中一个非常活跃的分支,它广泛应用于计算机科学、管理科学和工程技术等众多领域。本文主要研究带服务等级约束的同型机在线排序问题,目标是极
本文中,对茅德康在【D. K. Mao, Towards front-tracking based on conservation in two space dimensionsⅡ, tracking discontinuities in capturing fashion, J. Comput. P
本文分三部分:   第一部分简要介绍本文的研究背景以及研究内容.   第二部分回顾了平均曲率流的基础知识,包括短时间存在性,极大值原理,以及凸超曲面的一些基本事实.  
二十一世纪是一个各领域的科学技术相互交叉的世纪,遗传算法的出现与发展也正体现了生命科学与工程科学的相互渗透与促进。遗传算法是由美国人J·Holland教授提出的,它是一种借
本文在介绍有限域GF(2m)中元素的多项式表示和本原元幂次表示这两种表示方法及其一些应用的基础上,通过两种表示方法之间的对应关系,一方面给出了一种适合于m比较大时由有限
学位