不同粘性的N-S方程的有限元迭代算法
结题报告
批准号:
11271298
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
何银年
依托单位:
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾惠莲、苏剑、郑海标、朱立平、孙海燕
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中文摘要
通过设计不同的快速迭代技术去线性化求解2维及3维具有不同粘性(满足唯一性条件)的定常N-S方程和非定常N-S方程。在小粘性情形下,在细网格(参数为h)上使用m次Oseen有限元迭代方法;在大粘性情形下,利用两水平有限元方法,即在粗网格(参数为H)上,先使用m次Stokes、牛顿或Oseen有限元迭代方法求粗网格解,然后在细网格上进行一次Stokes、牛顿或Oseen有限元修正。当H和h满足一定的尺度关系时,两水平有限元解具有和在细网格上得到的m次迭代解相同的收敛精度,因而节省了计算时间。此外,对于3维N-S方程的数值求解,我们通过合理使用并行计算先进技术来克服计算量大与计算机存贮量有限的困难。我们将在数值计算方面实现求解程序的实用性,在数值分析方面,研究各种迭代方法的稳定性、收敛性和有效性。该项目的研究有助于非线性科学研究的发展和计算流体力学在工程技术中的应用,部分研究成果将达到国际先进水
英文摘要
We will design some different fast iterative techniques to solve the steady 2D and 3D Navier-Stokes equations and the nonstationary 2D and 3D Navier-Stokes equations. The one-level Oseen iterative finite element method based on a fine mesh with mesh size h is designed to solve numerically the steady 2D/3D Navier-Stokes equations for small viscosity such that a weak uniqueness condition.holds. The uniform stability and convergence of these methods with respect to parameter and mesh sizes h and H and iterative times m are provided. Two-level iterative finite element methods are designed to solve numerically the steady 2D/3D Navier-Stokes equations for a large viscosity such that a strong uniqueness condition holds. The two-level iterative finite element methods are motivated by applying the Stokes, Newton and Oseen iterations of m times based on the different viscosities on a coarse mesh with mesh size H and computing the Stokes, Newton and Oseen correction of one time on a fine grid with mesh size h<< H. The uniform stability and convergence of these methods with respect to the physical parameter and mesh sizes h and H and iterative times m are provided. If h and H satisfy some suitable.relations, two-level finite element methods can save much more computational time..Furthermore, we will study the different iterative methods to solve the nonstationary 2D and 3D Navier-Stokes equations for the different viscouties.For the 3D Navier-Stokes equations, we will use the suitable parallel techniques to overcome some difficulties encounted in numerical computations. We will consider the efficiencies of numerical computation and the stability, convergence of the numerical schemes. The reseach is useful to the nonlinear sciences and applications of the computational fluids in engineering techniques, part research results will arrive at the first-level standard in the field of computational fluid.
通过设计不同的快速迭代技术去线性化求解2维及3维具有不同粘性(满足唯一性条件)的定常N-S方程和非定常N-S方程, 包括粘性相关迭代方法和时空迭代方法。在小粘性情形下,在细网格(参数为h)上使用m次Oseen有限元迭代方法;在大粘性情形下,利用两水平有限元方法,即在粗网格(参数为H)上,先使用m次Stokes、牛顿或Oseen有限元迭代方法求粗网格解,然后在细网格上进行一次Stokes、牛顿或Oseen有限元修正。当H和h满足一定的尺度关系时,两水平有限元解具有和在细网格上得到的m次迭代解相同的收敛精度,因而节省了计算时间。进一步, 我们针对小粘性情形下定常N-S方程的求解, 设计了时空迭代方法, 用非定常N-S方程的隐式显式时间推进方法求解定常N-S方程。 此外,对于3维定常N-S方程的数值求解,我们通过合理使用并行计算先进技术来克服计算量大与计算机存贮量有限的困难。我们将在数值计算方面实现求解程序的实用性,在数值分析方面,研究各种迭代方法的稳定性、收敛性和有效性。最后, 我们的研究方法也推广到求解磁流体动力学(MHD)方程, 取得了相应的研究成果. 该项目的研究有助于非线性科学研究的发展和计算流体力学在工程技术中的应用,部分研究成果将达到国际先进水平
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Streamline diffusion finite element method for stationary incompressible magnetohydrodynamics
固定不可压缩磁流体动力学的流线扩散有限元法
DOI:10.1002/num.21882
发表时间:2014-11
期刊:Numerical Methods for Partial Differential Equations
影响因子:3.9
作者:Zhang Guo-Dong;He Yinnian;Zhang Yan
通讯作者:Zhang Yan
DOI:10.1093/imanum/dru015
发表时间:2015-04-01
期刊:IMA JOURNAL OF NUMERICAL ANALYSIS
影响因子:2.1
作者:He, Yinnian
通讯作者:He, Yinnian
Discontinuous finite volume methods for the stationary Stokes-Darcy problem
稳态 Stokes-Darcy 问题的不连续有限体积法
DOI:10.1002/nme.5171
发表时间:2016
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering
影响因子:2.9
作者:Wang Gang;He Yinnian;Li Rui
通讯作者:Li Rui
DOI:10.1016/j.apm.2013.07.040
发表时间:2014-02-15
期刊:APPLIED MATHEMATICAL MODELLING
影响因子:5
作者:Wei, Leilei;He, Yinnian
通讯作者:He, Yinnian
Two-Level Coupled and Decoupled Parallel Correction Methods for Stationary Incompressible Magnetohydrodynamics
静止不可压缩磁流体动力学的两级耦合和解耦并行校正方法
DOI:10.1007/s10915-015-9994-6
发表时间:2015-12
期刊:JOURNAL OF SCIENTIFIC COMPUTING
影响因子:2.5
作者:Zhang Guodong;Zhang Yan;He Yinnian
通讯作者:He Yinnian
微生物絮凝扩散方程的动力学研究及差分有限元方法
  • 批准号:
    12026257
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
3维不可压缩MHD方程组的全离散隐式/显式差分有限元算法
  • 批准号:
    11771348
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
3维非定常N-S方程的隐/显式数值格式的研究
  • 批准号:
    10971166
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
N-S方程数值逼近中的大时间步长方法
  • 批准号:
    10671154
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
非定常N-S方程全离散多层算法研究
  • 批准号:
    10371095
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
关于N-S方程惯性流形算法的研究
  • 批准号:
    19971067
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    8.5万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    何银年
  • 依托单位:
国内基金
海外基金