间断谱元法求解圆柱坐标系下辐射传递方程

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本文将间断谱元法推广到了轴对称圆柱坐标系中,对离散坐标形式的辐射传递方程进行了求解。间断谱元法是间断有限元和谱方法的结合,该方法既打破了变量在单元边界上的连续性限制,避免有限元法处理辐射问题时易出现的非物理振荡,又具有h和p收敛特性,即解的精度可分别通过增加单元数和增加多项式近似的阶数来提高。本文采用正交多项式构建节点基函数,采用分段常数角向积分格式来进行角向离散,并根据编写的程序对间断谱元法从收敛特性和计算时间两方面进行了研究。结果显示,对于一维问题,间断谱元法的p收敛速度非常快,符合指数规律,但其h收敛速度仅有二阶,而对于二维问题,该方法的p和h收敛速度分别下降为二阶和一阶。在计算时间方面,该方法在处理一维问题时显示出相对于离散坐标法的优越性,然而在处理二维问题时其表现劣于离散坐标法。对于具有不连续边界条件的问题,间断谱元法显示出与离散坐标法类似的性质,即在角向离散数量不足时,其结果易遭受严重的射线效应,通过增加离散方向数可明显减轻这一效应。此外,分析结果可以发现,处理该类问题时提高解的精度需要同时对空间和角向网格进行加密。对于具有复杂集合结构的问题,采用间断谱元法得到的结果与文献中结果吻合得很好,证明该方法对于此类问题具有很好的适应性。最后,本文亦对谱方法进行了考察,结果显示间断谱元法和谱方法在收敛特性方面的表现基本一致,即处理一维问题均可达到指数收敛,而处理二维问题时都仅有二阶精度。
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