【摘 要】
:
强各向异性对流扩散方程在多孔介质的输运、聚变等离子体中的热传导、大气和海洋的流动等有着重要的应用。本论文主要研究含有Neumann边界条件、含有闭合磁场、含有间断、扩散项消失的强各向异性扩散方程的一致收敛阶格式。在磁化等离子体中,磁力线周围的粒子受到磁场的约束,平行和垂直磁场方向的导热强度系数比值可以达到1012。当边界条件是周期边界条件或者Neumann边界条件时,强各向异性的扩散导致极限情形下
论文部分内容阅读
强各向异性对流扩散方程在多孔介质的输运、聚变等离子体中的热传导、大气和海洋的流动等有着重要的应用。本论文主要研究含有Neumann边界条件、含有闭合磁场、含有间断、扩散项消失的强各向异性扩散方程的一致收敛阶格式。在磁化等离子体中,磁力线周围的粒子受到磁场的约束,平行和垂直磁场方向的导热强度系数比值可以达到1012。当边界条件是周期边界条件或者Neumann边界条件时,强各向异性的扩散导致极限情形下的不适定性。为了消除强各向异性扩散方程的不适定性,在本文中我们介绍一个简单但非常有效与原系统等价的的渐近保持系统。其主要思想是:对于Neumann边界条件的一端,我们用沿着磁力线的全局积分来代替它的Neumann边界条件。这样做的优点在于,将含有l/ε的奇异项,通过积分得到O(1)项,从而使得系统变成适定的。对于闭合磁场的强各向异性方程,建立数值离散格式,当网格沿着闭合磁力线方向时,与之对应的离散格式导致一个病态离散系统。如果采用直角网格,大多数已有的计算格式的收敛阶依赖于各向异性强度。对于含有闭合磁力线的磁场,本文引入了一个与原来系统等价的渐近保持系统,新系统消除了强各向异性极限情况下的病态。其主要思想是:在每条闭合磁力线取一点(x0,y0)作为这条磁力线的起点和终点,用沿着磁力线方向的全局积分来代替它在这一点满足的微分系统,通过积分消除将有1/∈的奇异项,从而使得系统变成适定的。基于上述两个不同问题分别得到与等价的渐近保持系统设计相应的一致收敛阶格式。本论文设计的渐近计算格式具有下述优点:首先,计算格式是直角坐标系下的差分格式,对于已有的标准的差分格式都适用,只需要对一小部分网格的差分格式用积分计算来代替;其次,对于不同的∈、α和磁场方向任意的情况,不同的各项异性强度,都能得到一致的二阶收敛性,而且相应的离散系统的条件数不会随着∈的变小而变坏。最后,计算格式是基于直角坐标系的规则网格,独立于磁场方向,不需要进行坐标变换和与磁场方向一致的网格生成方式,从而节约了计算成本。对于含有间断,扩散项消失的强各向异性扩散方程提出了两种有限点量身定制法。对于计算区域的一个方向上扩散系数非常小,以及在界面层不连续的问题,当对流从消失的扩散区到非零系数的区域,经典的数值计算格式往往会造成非物理振荡或负值。本论文设计的有限点格式即使对于界面层,边界层问题,在扩散项极限情形仍然具有一致的收敛阶。当扩散张量沿着坐标轴方向,证明了保正性和极值原理;对于扩散方向任意的情形,通过网格结点上的值和导数值建立离散格式,这样得到了很好的精度,不仅保证了解的一致收敛阶,而且导数也具有相同的收敛阶,对于界面层和边界层问题得到了同样的计算效果。
其他文献
动态可调谐的光纤器件是光纤通信网络动态化和智能化的基础。石英光纤作为优秀的光通信传输媒介,其可调谐性能受限于材料本身,例如石英材料对温度和电磁作用不敏感,这些特点在光纤器件的调谐中成为其限制因素。借助于其他材料构建的混合材料光纤,譬如在现有微结构光纤中注入液体、聚合物、液晶等材料的研究在近些年得到重视和发展。通过附加材料对温度、电场、磁场等可控物理量的高敏感性,可以增强光纤器件的调谐性能或者实现该
稳定性与Hopf分岔是动力系统定性理论中的重要研究内容,在自然界与工程技术等领域有广泛应用,如生物,力学,人工智能,模式识别等.19世纪俄国数学家Lyapunov奠定了稳定性理论的基础,他创立了研究稳定性的一整套理论和方法.Hopf分岔是描述参数经过临界值时,由于系统平衡点稳定性变化而分岔出极限环的现象.1981年,B.Hassar,N.Kazarinoff,Y.Wan总结了无穷维动力系统的Hop
在凝聚态物理中,自旋轨道耦合通常是指带电粒子的自旋角动量和轨道角动量之间的耦合作用,这种耦合作用是导致自旋霍尔效应、拓扑绝缘体、Majorana费米子等众多新奇物理现象的必要条件。然而,在凝聚态物理中,自旋和轨道的耦合取决于材料本身的性质,缺少必要的可调性。因此,物理学家努力的一个方向是在各种物理系统中人工“合成”自旋轨道耦合,并对其实现调节,从而较为系统地研究自旋轨道耦合所带来的各种新奇的物理现
理解深海微生物的适应机制目前成为系统生物学研究的热点领域。这些微生物生存的周围环境因素变化波动很大,因此他们需要通过及时迅速的基因表达调控来适应。具有调控功能的small RNA(下简称sRNA)是长度约50-500碱基的短链非翻译片段,在原核生物中具有在转录水平和转录后水平调节基因表达的功能。sRNA被发现作用于原核生物中,包括适应环境变化过程在内的全局响应。本研究旨在探讨深海环境中sRNA在应
三角范畴的粘合起源于A.Grothendieck关于代数几何中层的一个6函子观察,其公理化的定义由A.A.Beilinson,J.Bernstein和P.Deligne引入.这个概念提供了将三角范畴分解为两个三角子范畴、又将两个三角子范畴粘合成一个三角范畴的构造方法.这个构造方法高效而神秘,它条件众多、蕴含大量信息、却又广泛存在.为了更好地研究三角范畴,B.Parshall和S.Konig将三角范
大量的宇宙学和天文学观测证据表明宇宙中存在暗物质。在众多的暗物质候选粒子当中,弱相互作用大质量粒子是最有希望的候选粒子,这种超标准模型粒子很好的预言了宇宙中暗物质的残余密度。它可以和普通粒子发生弱相互作用,并通过直接探测实验来探测相互作用留下的核反冲能量。PandaX是一个低本底暗物质探测实验,位于中国锦屏地下实验室,并且采用双相氙气投影室来寻找暗物质。本论文将介绍PandaX实验于2014年至2
本文,我们研究与量子物理、量子信息相关的算子函数和算子不等式理论等相关问题.我们讨论多元正则算子函数的广义透视映射的相关性质,Lieb-Ruskai凸性定理,一类新的算子凸(凹)函数及其Frechet微分映射,Peierls-Bogolyubov不等式以及算子平均不等式.我们的主要内容如下:第1章,简述了相关课题的研究背景,包括:基本概念,基本的算子理论、量子摘不等式以及矩阵凸凹性定理的研究历史.
全光纤锁模激光器作为一种产生高性能飞秒脉冲的理想光源,具有效率高、成本低、稳定性好、体积小、易集成等优点,一直都是锁模激光器领域的研究热点,已经被成功应用于超快光谱学、激光操控的化学反应、生物医学成像、频率计量、光通信及材料加工等领域。经过几十年的飞速发展,锁模激光器性能得到了大幅度提升。如何获得更短的脉冲、更高的脉冲能量、更高的峰值功率依然是未来的研究重点。本文的主要工作围绕全光纤锁模激光器展开
随着能源需求的不断增加,恶劣海况下的深水油气资源开发已经成为目前能源开采利用的发展趋势。为满足深海开采的要求,众多新型深水海洋结构物,如立柱式平台(Spar platform,简称Spar),张力腿平台(Tension Leg Platform,简称TLP),浮式生产储卸装置(Floating Production Storage and Offloading,简称FPSO)等,随着油气资源开采深
首先,我们提出了一种基于广义多项式混沌(gPC)的随机伽辽金方法(SG)用于计算具有随机和奇异系数的双曲方程。由于解的奇异性,标准gPC-SG方法收敛速度会很慢甚至不收敛。通过利用中心型有限差分或有限体积方法的离散解在空间和时间上较为光滑的特性,我们先离散原方程,然后再使用gPC-SG近似离散的系统。间断处的界面条件使用[1,2]中的方法处理,这样整个方法具有很快的收敛速度,对于固定的网格大小和时