非定常Ginzburg-Landau方程的无条件稳定的保结构数值方法

批准号:
12126302
项目类别:
数学天元基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
汤华中
依托单位:
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2022
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
司智勇
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中文摘要
Ginzburg-Landau(GL)模型广泛用于描述低温和高温下的超导现象,由于方程的高度非线性本质、复杂的能源景观、及其解对外部条件的奇异动态响应,数值模拟已经成为更好地理解GL模型、模拟超导体的物理性质并为有趣的超导现象提供进一步的理论见解的有价值工具。本项目拟从GL自由能出发,利用能量泛函分裂技术分别给出求解零电势规范和Lorentz规范下的非定常GL方程的无条件稳定且保结构(散度自由、离散极值原理、规范不变性)的高效数值格式及其数值分析,也将探讨人工边界条件和隐式方程的快速计算(预处理)。本项目的研究结果将为超导材料的研究提供服务和理论支撑。
英文摘要
Ginzburg-Landau (GL) model is widely used to describe superconductivity at low temperature and high temperature. Because of the high nonlinear nature of the GL equation, complex energy landscape and the singular dynamic response of its solution to external conditions, numerical simulation has become a valuable tool for better understanding GL model, simulating physical properties of superconductors and providing further theoretical insights for interesting superconductor phenomena. .In this project, we use the energy splitting technology to give the efficient numerical schemes for the unsteady GL equation under the zero potential gauge and Lorentz gauge respectively. We also study their unconditional stability and physical properties (e.g. divergence freedom, discrete extreme value principle and gauge invariance etc.), and discuss artificial boundary conditions and the fast calculation (preconditioning) of implicit equations. The results of this project will provide service and theoretical support for the research of superconductor.
1. 项目的背景:.Ginzburg-Landau(GL)模型广泛用于描述低温和高温下的超导现象,由于方程的高度非线性本质、复杂的能源景观、及其解对外部条件的奇异动态响应,数值模拟已经成为更好地理解GL模型、模拟超导体的物理性质并为有趣的超导现象提供进一步的理论见解的有价值工具。.2. 主要研究内容:.本项目拟从GL自由能出发,利用能量泛函分裂技术分别给出求解零电势规范和Lorentz规范下的非定常GL方程的无条件稳定且保结构(散度自由、离散极值原理、规范不变性)的高效数值格式及其数值分析,也将探讨人工边界条件和隐式方程的快速计算(预处理)等。.3. 重要结果:.在2022年1月至2022年12月期间,按计划实施了项目,并较好地完成了对访问学者司智勇博士的培养工作。取得的科研工作如下:(1) 研究了非定常GL方程的广义标量辅助变量(scalar auxiliary variable,简称为SAV)算法,分析了算法的能量稳定性以及保界性质,得到了算法的最优误差估计。用数值实验验证了理论分析结果。(2)为了克服GL方程抛物退化造成解的正则性降低的困难,引入磁感应强度并构造了一个新的混合型方程组,证明了它和原GL方程的等价性以及解的适定性;在此基础上给出了一个稳定化的算法,分析了算法的保能量、保极大值原理的性质和最优的误差估计。.4. 科学意义:.本项目的研究结果将为超导材料的研究提供服务和理论支撑。
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
地下强爆炸研究牵引的多介质辐射流体力学的可计算建模与计算方法
- 批准号:91330205
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:350.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:汤华中
- 依托单位:
针对一般状态方程的高分辨率格式研究与程序实现
- 批准号:10576001
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:汤华中
- 依托单位:
守恒律的动力学方法及其在计算流体中应用
- 批准号:19901031
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:4.0万元
- 批准年份:1999
- 负责人:汤华中
- 依托单位:
国内基金
海外基金
