Navier-Stokes方程支配的变分和半变分不等式的自适应间断Galerkin方法
结题报告
批准号:
11771350
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
王飞
依托单位:
学科分类:
A0501.算法基础理论与构造方法
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩渭敏、晏文璟、方长杰、荆菲菲、何莉敏、李瑞、肖文强、凌敏、郑南南
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中文摘要
本项目主要研究间断Galerkin(DG)方法数值求解Navier-Stokes(NS)方程支配的变分和半变分不等式。很多流体动力学问题有滑移和渗透现象,需要由带有摩擦型非线性滑移或渗透边界条件的NS方程描述。这类问题的边界条件具有次可微性,可以被变分或半变分不等式很好的刻画。与连续有限元相比,DG方法求解NS方程更具稳定性、准确性,且能保持物理量的局部守恒性,捕捉到物理量的间断信息,可以轻松的实现自适应算法,且非常适合并行运算。通过本项目的研究,我们将推导设计这类变分和半变分不等式的DG格式,建立先验误差分析;然后研究数值格式的后验误差估计,为实现自适应DG算法提供可靠且有效的误差估计子。本项目的目标是建立起一套完整的体系,为高效计算这类问题提供理论基础,也为相关实际问题的计算模拟、算法设计提供理论指导,达到在现有硬件资源条件下,扩大计算规模和提高计算精度的目的。
英文摘要
The project studies discontinuous Galerkin (DG) methods for numerically solving variational and hemivariational inequalities controlled by Navier-Stokes (NS) equations. Slip and leak phenomena appear in many fluid dynamics problems, which can be described by NS equations with nonlinear slip or leak boundary conditions of frictional type. The boundary conditions of these problems are subdifferentiable, so these problems can be modeled by variational or hemivariational inequalities. To solve the NS equations, compared with continuous finite element method, DG methods are more stable and accurate. DG methods are local conservative by design, and can capture discontinuous physical quantities. In addition, they are ideally suited for implementing adaptive algorithm and parallel computing. Through the research of this project, we will derive and design stable and efficient DG schemes for these variational and hemivariational inequalities, establish a priori error analysis, and study a posteriori error estimates to derive reliable and efficient error estimators for implementing adaptive DG algorithm. The main goal of this project is to establish a theoretical foundation for efficiently solving variational and hemivariational inequalities controlled by NS equations; furthermore, it will serve as a theorectical guideline of numerical simulation and algorithms design for related practical problems, so that we can solve large scale problems with high precision under existing hardware conditions.
本项目主要研究高效的数值方法求解Navier-Stokes(NS)方程支配的变分和半变分不等式。很多流体动力学问题有滑移和渗透现象,需要由带有摩擦型非线性滑移或渗透边界条件的NS方程描述。这类问题的边界条件具有次可微性,需要用变分或半变分不等式来刻画。与传统有限元方法相比,间断Galerkin(DG)方法求解NS方程更具稳定性、准确性,且能保持物理量的局部守恒性,捕捉到物理量的间断信息,可以轻松的实现网格自适应算法。通过本项目的研究,我们推导设计了这类变分不等式问题的DG格式,建立了先验误差分析,证明了最低价DG有限元对达到了最优收敛阶。然后,我们研究了Stokes变分不等式问题的后验误差估计,给出了可靠且有效的后验误差估计子,并实现了自适应DG算法求解此问题,达到了扩大计算规模和提高计算精度的目的。进一步,我们还给出了Stokes半变分不等式的稳定性分析,研究了此问题的有限元方法并给出了误差估计。我们还研究了半渗透介质的半变分不等式问题的DG方法,为进一步研究DG方法求解半变分不等式问题提供了思路。最近几年发展起来的虚拟元方法在求解变分和半变分不等式问题上具有独特的优势,它比DG方法的自由度少,处理网格的灵活性使得它非常适合自适应加密,在滑移边界处进行局部加密将以增加较少的自由度的代价提高计算精度。以障碍问题和摩擦问题为模型,我们首次给出虚拟元方法求解变分不等式的误差估计;我们还研究了自适应虚拟元方法求解摩擦问题,提高了求解这类问题的计算效率;我们还研究了半变分不等式的虚拟元方法,特别的,我们研究了非协调虚拟元方法求解带有非线性滑移边界条件的Stokes方程的半变分不等式问题,证明了数值格式的稳定性和最优收敛阶,为求解此类问题提供了更加高效的方法。
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
Conforming and Nonconforming Virtual Element Methods for a Kirchhoff Plate Contact Problem
基尔霍夫板接触问题的相容和非相容虚拟元素方法
DOI:10.1093/imanum/draa005
发表时间:2020
期刊:IMA Journal of Numerical Analysis
影响因子:2.1
作者:Fei Wang;Jikun Zhao
通讯作者:Jikun Zhao
Finite element method for a stationary Stokes hemivariational inequality with slip boundary condition
具有滑移边界条件的平稳斯托克斯半变分不等式的有限元方法
DOI:10.1093/imanum/drz032
发表时间:2019-08
期刊:IMA Journal of Numerical Analysis
影响因子:2.1
作者:Fang Changjie;Czuprynski Kenneth;Han Weimin;Cheng Xiaoliang;Dai Xiaoxia
通讯作者:Dai Xiaoxia
DOI:doi:10.1093/imanum/dry055
发表时间:2018
期刊:IMA Journal of Numerical Analysis
影响因子:--
作者:Wang F;Wei H.
通讯作者:Wei H.
Reliable and Efficient a Posteriori Error Estimates of DG Methods for a Simplified Frictional Contact Problem
简化摩擦接触问题的 DG 方法的可靠且高效的后验误差估计
DOI:--
发表时间:2019
期刊:International Journal of Numerical Analysis and Modeling
影响因子:1.1
作者:Fei Wang;Weimin Han
通讯作者:Weimin Han
DOI:10.1007/s10915-020-01242-9
发表时间:2020
期刊:Journal of Scientific Computing
影响因子:2.5
作者:Yanling Deng;Fei Wang;Huayi Wei
通讯作者:Huayi Wei
时空细粒度的跨模态无线感知方法研究
  • 批准号:
    12171383
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王飞
  • 依托单位:
Maxwell方程支配的半变分不等式的高效数值方法
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    51万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王飞
  • 依托单位:
基于自顶向下任务驱动与选择性反馈的交通场景感知与实现技术
  • 批准号:
    61273366
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    王飞
  • 依托单位:
纳米多晶金属薄膜微结构及其演化与热激活机制的关联性研究
  • 批准号:
    51271141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    王飞
  • 依托单位:
微/纳米孔径多孔材料力学性能的尺寸效应
  • 批准号:
    50701034
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    王飞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金