【摘 要】
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有限差分法因其计算效率高、实现简单被广泛应用于计算流体力学的工程计算中。对于有限差分方法,很容易构造高阶的内点格式,但边界格式的构造却是个难题。若使用低阶的边界格
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有限差分法因其计算效率高、实现简单被广泛应用于计算流体力学的工程计算中。对于有限差分方法,很容易构造高阶的内点格式,但边界格式的构造却是个难题。若使用低阶的边界格式,则会降低格式的整体精度,若使用高阶的边界格式,则格式的时间稳定性可能会受影响。本文主要研究全局七阶耗散紧致有限差分格式,对其边界格式进行优化,增强格式的时间稳定性,并利用其求解Euler方程和Navier-Stokes方程问题,验证优化后格式的全局精度和时间稳定性。本文主要工作是利用遗传算法对全局七阶耗散紧致格式进行优化,得到两组优化系数,确立两种优化格式。然后利用ε-拟谱对优化后的格式进行时间稳定性分析,分析结果显示优化后的格式时间稳定,且时间稳定性要优于原格式。之后,对优化后的格式进行全局Fourier分析,结果表明优化后的格式具有良好的色散和耗散特性。在此基础上,首先利用优化后的格式求解带有源项的一维和二维Euler方程,验证了优化后的格式在求解Euler方程问题时能够保持长时间稳定,并且可以达到与设计一致的全局七阶精度。再对Navier-Stokes方程进行求解,此时涉及到粘性项的离散,在求解时选取主次分开的方法对粘性项进行离散。本文计算了一维和二维带源项的Navier-Stokes方程,结果表明优化后格式在求解Navier-Stokes方程时仍然可以达到全局七阶精度。
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