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A space-time adaptive wavelet method for turbulence.

机译:湍流的时空自适应小波方法。

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摘要

The main objective of this thesis is to develop a numerical method for nonlinear partial differential equations (PDEs) which adapts the space-time computational mesh to the spacetime structure of the solution. Exploiting simultaneously the space and time localization of the solution, the method uses an optimal number of space-time degrees of freedom to provide an accurate and efficient solution to many problems in science and engineering.; In chapter 2, we review the adaptive wavelet collocation method (AWCM) for PDEs. In chapter 3, we develop a simultaneous space-time adaptive wavelet collocation method (STAWCM) that solves PDEs with local time steps, which controls the global space-time error. We develop a multi-level solver for nonlinear systems of equations in chapter 4 that combines the full approximation scheme (FAS) with wavelet compression. We verify the performance of the STAWCM on 1D+t-dimensional test problems in chapter 5, and on a 2D+t test problem in chapter 6. The STAWCM is used to study two-dimensional turbulence in chapter 7, where we investigate how the number of active space-time degrees of freedom N of a turbulent flow scales with Reynolds number Re (a non-intermittent estimate is N ∼ Re3/2). We simulate two-dimensional homogeneous isotropic turbulence for a range of Reynolds number 1 260 ≤ Re ≤ 40 400. Analysing this numerical data base, we estimate that N ∼ Re0.9 as Re → infinity.; The STAWCM has the following key properties: (i) control of the global space-time error by a specified tolerance, (ii) adaptive multi-level solver for a nonlinear system of algebraic equations, and (iii) optimal adaptive space-time mesh. We show that this technique is a promising candidate for accurate and efficient direct simulation of high Re turbulence. Finally in chapter 8, we discuss other applications of the STAWCM and future improvements to the method.
机译:本文的主要目的是为非线性偏微分方程(PDE)开发一种数值方法,使时空计算网格适应解的时空结构。该方法同时利用解决方案的时空定位,使用最佳时空自由度数来为科学和工程中的许多问题提供准确有效的解决方案。在第2章中,我们回顾了PDE的自适应小波配置方法(AWCM)。在第3章中,我们开发了一种同时时空自适应小波配置方法(STAWCM),该方法可以解决具有局部时间步长的PDE,从而控制全局时空误差。我们在第4章中为非线性方程组开发了多级求解器,该方法将全近似方案(FAS)与小波压缩相结合。我们将在第5章中验证STAWCM在1D + t维测试问题上的性能,并在第6章中对2D + t测试问题进行性能验证。在第7章中,STAWCM用于研究二维湍流,其中我们将研究如何湍流的有效时空自由度数N与雷诺数Re(非间歇估计为N〜Re3 / 2)有关。我们模拟了雷诺数为1 260≤Re≤40 400的二维均质各向同性湍流。分析此数值数据库,我们估计N≤Re0.9为Re→无穷大。 STAWCM具有以下关键属性:(i)通过指定的公差控制全局时空误差;(ii)代数方程组非线性系统的自适应多级解算器;以及(iii)最佳自适应时空网格。我们表明,该技术是对高Re湍流进行准确有效的直接仿真的有前途的候选人。最后,在第8章中,我们讨论了STAWCM的其他应用以及对该方法的未来改进。

著录项

  • 作者

    Alam, Jahrul.;

  • 作者单位

    McMaster University (Canada).;

  • 授予单位 McMaster University (Canada).;
  • 学科 Mathematics.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2007
  • 页码 152 p.
  • 总页数 152
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 数学;
  • 关键词

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