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二维非定常不可压涡量—速度Navier-Stokes方程组非均匀网格上的高阶紧致差分格式及多重网格算法

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 二维非定常涡量-速度N-S方程组的高精度紧致差分方法

2.1 非定常对流扩散方程非均匀网格上的高阶紧致差分格式

2.2 N-S方程组非均匀网格上的高阶紧致差分格式

2.2.1 涡量运输方程的高阶紧致差分格式

2.2.2 速度u方程的高阶紧致差分格式

2.2.3 速度v方程的高阶紧致差分格式

2.3 本章小结

第三章 非均匀网格上的多重网格算法

3.1 概述

3.2 非均匀网格上的多重网格算法

3.3 BiCGSTAB(2)算法

3.4 涡量-速度N-S方程组的多重网格算法

3.5 本章小结

第四章 数值算例

4.1 精确解问题1

4.2 精确解问题2

4.3 驱动方腔问题

4.4 本章小结

第五章 总结及展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

附录

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摘要

对于不可压Navier-Stokes(N-S)方程组的数值求解方法的研究一直是计算流体力学领域研究中的一大热点,其中,有限差分法是对此方程进行求解应用最广泛的一种计算方法.目前已经发展出了许多精确、稳定而高效的差分格式,然而大多数格式都是在均匀网格上构造的,而非均匀网格上的差分格式则很少见.另一方面,多重网格方法也是实现对各类偏微分方程离散化所得代数方程组快速求解的一种计算方法.本文主要针对不可压N-S方程组非均匀网格上的高精度紧致差分格式及多重网格算法进行研究.在已有的求解非定常对流扩散方程非均匀网格上的高阶紧致差分格式的基础之上,构造了非定常涡量-速度N-S方程组基于非均匀网格上的高阶紧致(HOC)差分格式,并结合多重网格算法求解离散后得到的代数方程组.为验证本文算法的有效性,对具有大梯度和边界层问题以及经典的驱动方腔流问题进行数值实验.计算结果显示,本文方法所得到的数值结果与精确解或基准解吻合的很好,充分显示出本文方法的精确性.同时也验证了多重网格方法的加速效果是很显著的。

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