有限体积

摘要： 采用图染色方法解决通量累加和局部最大压力计算引起的两种典型资源竞争问题,并通过共享内存的使用、体编号和面编号的重排、面数据的重排三种策略优化图染色方法。针对应用在空气动力学多种规模的三维网格,分别采用双精度和单精度操作数,在Nvidia Tesla V100和K80 GPU上,展开性能测试。结果表明:共享内存的优化效果不明显;体编号和面编号重排降低了图染色方法的计算性能;面数据重排可以有效地优化图染色方法;计算性能在V100上提高20%左右,在K80上提高15%左右。

摘要： Boussinesq方程常用于模拟波浪的传播,将有限体积法和有限差分法耦合求解Boussinesq方程,对规则波在潜堤上的传播形态进行模拟,具有准确捕捉干湿动边界和较好地处理波浪破碎等优点.

摘要： 线性压缩机的工作特点使得其适合使用静压气体轴承技术来提供压缩活塞所需的径向支撑力,以改善气缸和活塞的自润滑特性,提高压缩机的性能及寿命.本文利用有限体积分析方法,针对静态和动态压力出口条件,研究了小型静压气体轴承结构参数和进气压力对轴承承载力及耗气量的影响,给出了最佳的几何参数,并模拟分析了静压气体轴承运行对线性压缩机产生的影响,为静压气体轴承的设计提供了优化方向.

摘要： 基于无规则网格的有限体积海岸海洋模型(FVCOM),建立适用于辐射沙脊群海域的三维潮流数学模型.为了更好地贴合不规则海岸边界,平面采用三角形网格剖分,垂向采用σ坐标进行模拟.结果 表明,模型的计算值与观测值吻合良好,较好地反映了研究海域流场的时空分布特征.整个海域流场由南、北两股潮流向弶港辐聚辐散,各深槽流速较大而集中,流向与深槽走向十分一致;弶港以北,表、底层余流方向都是从南到北的沿岸流,南部海域的近岸余流有逆时针的旋转流,近深槽余流大都指向深槽.

摘要： 化学非平衡流的数值模拟需要求解化学反应源项,而详细化学反应机理中各个基元反应的时间尺度相差显著,因而导致空间离散后形成刚性常微分方程组,其求解计算量巨大.为此,在非结构有限体积法化学非平衡流解耦算法的基础上,进一步采用基于MP I的并行计算实现大规模化学非平衡流数值模拟的加速,从而为进一步求解复杂的工程应用建立条件.由于基于解耦算法的求解器中计算量最大的化学反应源项求解是基于各个单元格心变量实现,每个时间步求解时不需要进行交互,因此便于实现分区并行计算.经典的激波诱导振荡燃烧算例的数值模拟表明,开发的并行求解器具有较高的计算精度和良好的计算效率,并且由于其较低的内存需求,具备进一步开发图形处理器(GPU)计算能力的基础.

摘要： 化学非平衡流的数值模拟需要求解化学反应源项,而详细化学反应机理中各个基元反应的时间尺度相差显著,因而导致空间离散后形成刚性常微分方程组,其求解计算量巨大。为此,在非结构有限体积法化学非平衡流解耦算法的基础上,进一步采用基于MPI的并行计算实现大规模化学非平衡流数值模拟的加速,从而为进一步求解复杂的工程应用建立条件。由于基于解耦算法的求解器中计算量最大的化学反应源项求解是基于各个单元格心变量实现,每个时间步求解时不需要进行交互,因此便于实现分区并行计算。经典的激波诱导振荡燃烧算例的数值模拟表明,开发的并行求解器具有较高的计算精度和良好的计算效率,并且由于其较低的内存需求,具备进一步开发图形处理器(GPU)计算能力的基础。

摘要： 建立了在一维空间中分数阶对流扩散方程的有限体积逼近格式。有限体积方法被证明是无条件稳定的,并且在时间步长和空间方面具有二阶精度。同时,在计算时采用了快速算法,加快了计算效率。

摘要： 水利枢纽工程施工过程中,施工导流是影响工程进度及安全的关键和控制性工程.基于HydroInfo软件采用有限体积方法求解二维浅水方程,建立了二维施工导流模型.模型采用非结构化网格离散计算域,以方便拟合实际导流工程的复杂计算边界.为了验证模型精度,选取了明渠流算例进行数值模拟.通过水位计算值与解析解对比,验证了模型对于具有复杂地形的二维浅水流动的模拟能力.最后,应用该模型对某水利枢纽一期导流工程水流流场进行了模拟研究,对围堰施工前后的流场水力要素进行了对比分析,为复杂条件下水利枢纽施工导流工程设计及施工提供了新的技术措施.修建围堰后,造成围堰上游水位雍高;与之相反,下游水位降低;束窄河床内流速增大.通过分析计算结果,一期围堰能够满足在设计流量下的导流要求,保证基坑的安全.

摘要： 本文针对目前高超声速进气道反设计的不足,提出一种基于有限体积的二维欧拉反问题求解方法.该方法采用空间推进求解欧拉方程,单步推进内采用时间迭代提高计算的稳定性,壁面运用Riemann反问题边界条件,根据给定的压力分布求解边界几何参数,为避免边界形状出现波动,对壁面进行光滑处理.本文采用不同的数值格式,设计了壁面阶跃压升、二次曲线压升和反正切压升规律二维高超声速进气道,并验证了设计方法的有效性.

摘要： 提出了速度向量转换方法（EVVT），对流项采用组合型TVD格式，扩散项进行高斯积分，时间导数项采用两步龙格－库塔法，建立了不可压缩层流和湍流流动的有限体积TVD数值模拟算法。以非恒定圆柱绕流问题为研究对象，以阻力系数、升力系数、斯特鲁哈数为特征参数，与经典的实验结果和其他数值模拟结果进行对比，反映了模型算法的较高精度和较强的适应性。

摘要： 本文采用的GEMTIP模型，依照测试的岩矿物GEMTIP模型各参数，构建典型地电模型，使用偶极-偶极装置测量，计算频点为0.125Hz,0.25Hz, O.5Hz,1Hz，结果显示:1)通过与层状大地解析解对比，总的相对均方误差小于0.4%，验证了数值算法的正确性;2)在所有计算频点上视复电阻率虚部为负值，并且随着频率逐渐增加其幅值亦相应增加;3)GEMTIP模型将岩、矿体固有的一些岩石学特征纳入到激发极化效应研究中是可行的;4)高效精确的复电阻率正演计算为后续的基于GEMTIP模型的多参数反演提供了基础。

摘要： 在微细尺度下基于有限体积法，采用气-固双向耦合，对较低速均匀来流空气中两端固定丙烯酸弹性柱体的涡激振动(VIV)特性进行了数值研究，得出了相同特征尺度的方柱及圆柱的升阻力和振动频率和振幅变化规律。结果表明：由于漩涡分离点位置不同，圆柱的振幅要高于方柱；方柱锁振出现在一阶模态附近；圆柱的漩涡分离点较方柱要靠前，相同约化速度下，圆柱斯特劳哈数和频率较方柱要大。

摘要： 随着超短脉冲激光的快速发展，吸收散射性介质内的瞬态辐射传输引起了广泛的关注。本文采用有限体积法推导了带有时间差分因子的瞬态辐射数值格式方程，模拟了超短脉冲激光局部入射条件下，一维非均匀介质内的瞬态辐射传输。研究了有限体积方法与有限元方法的计算效率的差异。结果表明，在偏差允许范围内，有限体积法的计算效率要远高于有限元方法。从而，对反问题的计算的效率有了很大的提升。本文研究了连续分布的非均匀介质衰减系数对时域反射和透射信号的影响。研究解释了随着散射系数的增大，透射信号和反射信号的尖峰值的变化现象的原因。

摘要： 涡激振动可能导致海洋深水隔水管疲劳破坏，如何有效抑制隔水管涡激振动现象，正引起国内外相关科学与工程界的高度关注。本研究提出在隔水管背流面附加分离盘技术，利用计算流体力学研究不同尺寸分离盘控制隔水管涡激振动的效果。采用新建立的不可压缩流有限体积TVD算法，计算分离盘长与隔水管直径之比，L/D=0～2在几种典型情况下的隔水管系统当雷诺数为1000时的关键水动力学参数。与经典圆柱绕流的实验及数值模拟结果对比表明该算法具有很高的精度;分离盘对隔水管具有明显的升阻力及频率控制和涡系结构改变效果;当L/D=0.75～2时，会产生次生旋涡，减阻效果可达33%～38%，减升效果可达61%～65%。

摘要： 采用带有非平衡相变模型的有限体积CFD程序,对燃烧加热高超声速风洞喷管流动中水蒸气在发生凝结导致下游流场参数变化的物理过程进行了数值模拟。分析了出口马赫数为6的风洞中不同驻室条件下水蒸气凝结对试验气体流场状态的影响。结果表明，在水蒸气含量较大时，燃烧加热风洞中的凝结问题突出，通过风洞实际运行状态来对模型试验中相变的影响进行评估是进行燃烧加热风洞实验所需考虑的重要内容。

摘要： 采用多块对接网格技术、有限体积方法计算层流N-S 方程，数值模拟了高超声速流（M∞=8.02）绕双 椭球流场。数值计算得到的激波结构、对称线上的压力分布与实验纹影照片、实验测压数据进行了定性、定量的对 比，符合较好；描述了空间流场的流动特性，分析了攻角对空间激波结构的影响并给出了模型不同横截面上的马赫 数分布，为复杂的绕流场提供了流动显示结果。

摘要： 分析埋地输油管道的几何特性建立了二维稳态数学模型，采用有限体积元方法将其差分格式化，求解得到的方程组，得出输油管内原油的温度分布。为准确知道管道在受外界影响时，在不同停输时期的温降情况提供了参考;对原油管道在运行的过程中，避免发生在油田停电、管线维修等情况中，造成停输问题时油管内原油的粘度随温度下降而升高，当油温降到一定值后会给管道的再启动带来极大的困难及甚至造成凝管的事故。

摘要： 在复合材料热弹性理论简化基础上研究端头结构热应力分布规律,在计算过程中引入定高度/变高度轨道不同气功环境,利用有限体积计算结构热响应、有限元法分析端头热应力场.比较分析不同材料性质热应力分布规律,并提出降低热应力的优化设计途径。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水流运动的有限体积Yeh多尺度有限元法，包括：确定粗、细单元的尺度；将研究区剖分为粗单元；将每一粗单元剖分为细单元；以粗网格上的每一未知节点为中心，连接与该节点相关粗单元的中心，将研究区剖分为互不重叠的体积元；在每一粗单元上构造基函数，构造x和y方向速度矩阵；在每一体积元上将水流方程积分，应用散度定理进行变换，通过速度矩阵将达西速度项应用水头的粗尺度解线性表示，获得该体积元粗尺度水头解的方程，结合差分格式，相加水头的总方程；采用有效的计算方法求解总方程，同时通过速度矩阵获得达西速度值。与多种经典方法相比，本发明的有限体积Yeh多尺度有限元法具有更高的计算效率。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水溶质运移的新型有限体积多尺度有限元方法，步骤为：设定粗、细网格单元的尺度，将研究区域剖分粗网格单元，获得多尺度网格；以多尺度网格的粗网格单元上的每一未知节点为基点，连接其周围粗网格单元的中心，获得有限体积网格；求解基于弥散系数的退化椭圆方程以构造多尺度基函数，基于Fick定律构造弥散速度矩阵；在每一有限体积网格上对溶质运移方程进行积分，通过弥散速度矩阵表示弥散项和对流项，获得有限体单元浓度方程；应用QR分解法获得粗尺度浓度值，通过弥散速度矩阵获得细尺度弥散速度值。本发明能够高效模拟多种不同条件下的溶质运移问题，并能有效处理对流占优情况。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本发明公开的一种高精度自适应有限体积‑有限差分耦合数值模拟方法，属于多物质耦合作用高精度数值模拟领域。本发明能够实现有限体积‑有限差分两种数值方法的自适应耦合，在计算域不同位置根据自适应算法判断规则，选择不同数值格式进行计算，并采用自适应算法耦合方法对不同高精度算法计算区域进行耦合，既能够获得高阶有限差分方法高分辨率激波间断捕捉效果，又能够兼顾有限体积方法固有的良好守恒特性，能够显著提高数值模拟预测结果的准确度，进而有效预测高精度数值模拟领域相关的工程技术问题。所述高精度数值模拟领域包括高速/超高速战斗部侵彻与防护、水下爆炸、气泡动力学、航空航天、机械工程领域。

摘要： 本发明公开了用于半导体连续性方程的混合流线迎风有限体积有限元方法、模型数值离散系统。本发明混合流线迎风有限体积有限元方法：几何模型的空间离散化；构造控制体积单元的；利用边缘电流密度和矢量基插值来计算出网格内部电流密度；构造单元矩阵方程的；构造系统矩阵方程的。本发明能够较好地应用于半导体器件中漂移扩散模型中电流连续性方程的离散化，对于半导体器件地模拟仿真发展有着推动作用，并且在固体电子领域的数值建模中，相较于流线迎风Petrov Galerkin方法，解决了多维问题求解中边缘计算精度差问题，收敛性更好；相较于FBSG方法，对空间网格质量要求更加宽松，收敛性更好；相较于传统控制体积有限元方法，在迎风函数的优化方面更具灵活性。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水溶质运移的新型有限体积多尺度有限元方法，步骤为：设定粗、细网格单元的尺度，将研究区域剖分粗网格单元，获得多尺度网格；以多尺度网格的粗网格单元上的每一未知节点为基点，连接其周围粗网格单元的中心，获得有限体积网格；求解基于弥散系数的退化椭圆方程以构造多尺度基函数，基于Fick定律构造弥散速度矩阵；在每一有限体积网格上对溶质运移方程进行积分，通过弥散速度矩阵表示弥散项和对流项，获得有限体单元浓度方程；应用QR分解法获得粗尺度浓度值，通过弥散速度矩阵获得细尺度弥散速度值。本发明能够高效模拟多种不同条件下的溶质运移问题，并能有效处理对流占优情况。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水流运动的有限体积Yeh多尺度有限元法，包括：确定粗、细单元的尺度；将研究区剖分为粗单元；将每一粗单元剖分为细单元；以粗网格上的每一未知节点为中心，连接与该节点相关粗单元的中心，将研究区剖分为互不重叠的体积元；在每一粗单元上构造基函数，构造x和y方向速度矩阵；在每一体积元上将水流方程积分，应用散度定理进行变换，通过速度矩阵将达西速度项应用水头的粗尺度解线性表示，获得该体积元粗尺度水头解的方程，结合差分格式，相加水头的总方程；采用有效的计算方法求解总方程，同时通过速度矩阵获得达西速度值。与多种经典方法相比，本发明的有限体积Yeh多尺度有限元法具有更高的计算效率。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本发明公开了一种基于有限体积法的河道构筑物过流数值模拟方法。首先获取河道的平面几何数据、河道断面数据和构筑物几何尺寸，河道采用一维有限体积单元离散，水力要素值存储在单元中心，构筑物所在位置为单元界面。根据构筑物过流公式计算每一时间步长内通过构筑物界面的水量，然后采用源项处理的方法在与该界面相邻的上下游两个单元中分别扣除和增加这部分水量，为保证计算的连续性，采用无反射边界条件对构筑物界面处的水力要素值进行重构，进而计算构筑物界面处的数值通量。本发明可以准确反映各构筑物的过流特点，同时保证一维河道水流模型整体计算的精度和稳定性，为一维有限体积法数值框架下的构筑物过流处理提供了一种新的解决途径。

摘要： 本发明公开了一种基于有限体积法的抽水蓄能电站水力瞬变的模拟方法，包括：将管道非定常流方程改写成经典水锤方程；基于FVM，进行离散，得到有压管道内各单元体的积分求解公式；采用Riemann问题的求解格式，得到各控制体边界处的通量计算形式；根据二阶Godunov的求解格式，进行通量求解，得到各单元体边界处二阶精度的通量计算值；通过时间积分将源项合并，得到机组控制方程；根据Riemann不变量方程，采用添加虚拟体的方式对边界处进行计算；对计算结果进行处理，进行对比验证。本发明将水泵水轮机的控制方程与虚拟体进行结合，可以更方便的处理抽水蓄能电站管网系统中MOC需要进行波速调整、简化模型等带来的计算复杂、精度较低的问题。