扭曲网格上对流扩散方程的保正格式研究及其应用

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wulanshaobu911
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
本文主要研究对流扩散方程的保正格式.首先,在二维稳态情形下,对扩散通量的离散,取己有的保正格式[1]作为本文的离散格式;而对对流通量的离散,提出一种新的二阶迎风校正方法,该方法在上游单元中心处作Taylor级数展开,再取相关单元边上的部分辅助未知量重构梯度,以完成边中点值的逼近.但所得的逼近值在数值上无法完全保证非负性,从而提出利用迭代步进行校正.数值实验表明,该方法在求解扭曲网格上的扩散占优或对流占优问题时,在扩散系数连续、间断和各向异性的情形下,均达到了二阶精度.然而,上述格式存在两个问题.第一,梯度的重构是由部分单元边上的相关辅助未知量计算所得,这些辅助未知量包括边中点未知量和顶点未知量.然而,顶点未知量的计算可能出负,因此,提出了一种改进格式,可完全避免该情况发生.第二,上述迎风校正格式和改进的迎风校正格式虽然满足保正性要求,但校正步的出现在本质上仍然被认为是一种特殊的限制子,因此,本文提出另外一种完全不含任何限制子的保正格式,且适用于任意星形网格.该方法基于对上游网格单元中心值进行二阶重构,可完全保持非线性系数的正性.然后,将稳态对流扩散方程的保正格式推广到非稳态对流扩散反应方程,并给出了离散格式解的存在性证明.数值实验表明,由于我们采用全隐格式进行离散,当取较大时间步长时,我们的格式仍然具有二阶精度,且能减少求解时间.最后,对高放射性核废料库系统进行数值模拟.我们采用全隐保正格式对该耦合问题进行计算,并与传统的显隐式九点格式以及显式保正格式作对比,发现全隐保正格式具有明显的优势.
其他文献
计算流体力学对于航空航天、国防工程、汽车制造、生物科学等各个领域都起着重要的作用。其中对于爆轰及燃烧问题的研究,一直以来都是一个热点问题。常见的爆轰模型包括CJ模型与ZND模型两种。其中CJ模型由Chapman以及Jouguet分别提出,在该模型中,爆轰波阵面被看成一个伴随着化学反应的跳跃间断,分离了已燃介质和未燃介质,且化学反应瞬间完成达到热化学平衡。第二种是由Zeldovich、von Neu
关于孤立环境下的原子过程在过去几十年里已经开展了大量的理论和实验工作,然而在许多领域(如天体物理、激光等离子体、惯性约束聚变)中必须考虑等离子体环境效应的影响,目前理论上可以通过屏蔽势来考察这种环境效应对原子结构和动力学过程的影响。在过去的理论工作中,主要是采用Debye-Huckel势来描述弱耦合等离子体中带电粒子之间的相互作用,采用离子球势(不包含温度)描述强耦合等离子体中粒子之间的相互作用。
量子点是一种人工合成的特殊的材料,在其内部电子自旋会受到强烈的束缚,从而形成离散的轨道能级,与自然界中的原子十分类似。其内部的电子自旋具有良好的相干性,可以作为量子比特或者逻辑门,这在自旋电子学,量子信息和功能材料领域有非常广阔的应用前景。然而限制其实际应用的最大阻碍是电子自旋在环境的干扰下会快速地退相干,从而导致量子信息的丢失。因此寻找那些能在环境的干扰下保持相干性的电子自旋是十分重要的研究课题
激光间接驱动惯性约束聚变利用黑腔产生的X射线辐射源,驱动聚变靶丸内爆压缩氘(D)氚(T)燃料,实现中心点火。由于驱动激光器造价高昂,必须通过高温辐射源的烧蚀压和球形聚心收缩内爆,提高点火热斑的压力,以节省实现点火的驱动能量。但目前激光惯性约束聚变领域面临着内爆辐射驱动不对称和流体力学不稳定性两个科学问题的严重挑战。所以这两个问题的研究对于实现间接驱动惯性约束聚变的点火具有重要的物理意义和应用价值。
激光间接驱动惯性约束聚变利用黑腔产生高温高品质的X射线辐射源,以驱动聚变靶丸内爆压缩,实现中心点火,对可控核聚变等高能量密度物理研究具有基础物理意义。当前黑腔构型在驱动对称性、耦合效率及激光等离子体不稳定性等方面尚有提升空间。围绕高性能黑腔设计和黑腔辐射场表征,本论文开展黑腔构型设计及辐射流角分布研究,主要研究内容如下:1.联合研制三维视角因子程序IRAD3D;该程序集三维激光排布建模和物理仿真分
在经受辐照的材料中会有大量的缺陷形成并保留下来,不同类型的缺陷之间发生错综复杂的交互作用,最终会造成材料微观结构和宏观性能的变化。晶界是一种高效的点缺陷吸收阱,晶界-点缺陷交互作用与材料辐照肿胀的动力学密切相关,而且晶界对于提升材料的耐辐照性能作用显著,但是目前对于晶界-点缺陷交互作用问题的认识还需要进一步深入。本论文将围绕金属型核燃料的辐照效应问题,采用实验和理论模拟的方法,研究辐照环境下材料的
本论文的主要内容包括三部分:(1)守恒型并行差分格式设计与理论分析;(2)保正型并行差分格式设计与理论分析;(3)非完美接触界面问题的迭代方法设计与理论分析.在第一部分中,通过分析具有无条件稳定、二阶数值精度的一维并行差分格式,给出了一个推广形式的并行差分格式,首先,对于一维问题提出了一种加权形式的数值流以及权重的选取范围,然后将此格式推广到二维,最后将格式推广到n-维(n ≥3).理论证明了此守
自从核武器诞生以来,人们就充分意识到了核扩散问题的危害,在用核武器威慑对手的同时,又担心受到核武器的威胁。为了限制核扩散的发展趋势,国际社会做了大量工作,其中国际原子能机构的成立是标志性成就之一。中国作为联合国常任理事国和核大国,应该在核不扩散及核安保工作中发挥自己的积极作用。解决核不扩散和核军控问题,除了国际环境因素之外,在技术层面也提出了较高的要求。由于235U自身裂变能力较弱,因此对于铀部件
基于Galerkin框架和正交多项式的优势,谱与谱元方法被广泛应用于求解具有高正则性解的微分方程。然而在许多科学计算问题中,方程本身及其真解往往具有一定的奇性,从而限制了谱方法的实际应用效果。为了恢复谱方法处理奇性问题的高效性,我们需要根据实际问题设计完全克服方程及其真解奇性的谱方法。本文针对反幂势薛定谔方程和分数阶Laplace方程这两类极具代表性的难点奇性问题,开展具有指数收敛阶的高效谱与谱元
本文主要研究内容分为三个方面:(1)非匹配网格上扩散方程的保正有限体积格式;(2)对流扩散方程的保极值原理有限体积格式;(3)非完美接触界面椭圆问题的保正有限体积格式.首先,构造了一个一般非匹配网格上扩散方程的非线性保正有限体积格式,该格式可以处理各向异性扩散张量及间断系数问题.由于法向通量的离散表达式中包含带悬点的节点辅助未知量,我们提出一种新的节点辅助未知量消去方法,即用单元中心未知量来表示节