随机Burgers方程的格子Boltzmann模拟

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在各种复杂的背景下,许多不确定因素使数值模拟变的困难,这可能由于对系统外力,初始条件,边界条件等值的获取不足或参数的不确定导致的.在传统尤其是在具有复杂背景的系统中,我们通过采用简化的数学模型来反应实际的现象.尽管许多模型能够成功的预测这些复杂现象,但却很少考虑不确定因素的影响,因此具有很大的局限性.格子Boltzmann(LB)方法作为一种新的数值方法,它不仅在模拟流体流动方面具有很大的优势,而且在模拟非线性系统方面也具有很大潜力.然而,尽管LB在求解一般的偏微分方程中得到了广泛的应用,但在求解随机偏微分方程方面几乎没有涉及,因此本论文将围绕这一方面开展一些尝试性的研究.本文以随机偏微分方程中的Burgers方程为例,针对一维和二维的Burgers方程中随机项出现的位置不同,将其分为边界扰动,粘性系数扰动和源项扰动三种情况,并对每一种情况采用LB方法进行了数值模拟.对于一维的Burgers方程:边界为均匀分布时,LB方法所得的结果比广义正交多项式方法更好;边界为高斯分布时,我们采用在闭区间上重新构造高斯分布并用LB求解的方法,所得结果与已有文献相符;粘性系数为高斯分布的情形,我们发现粘性扰动对稳定状态时解的波形影响比较大.对于二维的随机Burgers方程:已有的文献虽有关于解对边界扰动的敏感性分析,但只是针对几种固定的情况进行讨论,本文不但进一步拓展了这方面的相关研究,而且对边界为均匀分布和高斯分布两种情况分别进行了分析,使我们对解关于边界扰动的敏感性有了统计分析上的认识;对于源项为扰动项的情形,本文将源项视为高斯分布,并开展了相关数值模拟,模拟结果表明,稳定时刻解对源项的扰动也具有超敏感现象.
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