土壤水盐运移方程的有限点法研究

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无网格法是在局部域上的节点处定义形函数,能够在计算区域任意增减节点,克服了有限元法在数值计算中对网格的依赖。本文提出的有限点法属于无网格法的一种,有限点法采用移动最小二乘方法构造形函数,用配点法离散控制方程。对于土壤水盐运移模型中的对流-弥散模型,有限元法、有限差分法在对流占优情况下容易产生震荡,而有限点法在离散控制方程之前首先给控制方程施加稳定项,并在梯度变化较大的区域采用自适应迎风格式,可以有效的避免数值震荡。本文主要的研究工作有如下几个方面:首先,介绍了有限点法的基本原理和处理方法,包括移动最小二乘形函数的构造,权函数和支持域尺寸大小的选取方法、施加稳定项原理、自适应迎风格式的应用条件以及对控制方程的离散原则。其次,针对线性的一维、二维土壤盐分运移方程,构造了有限点数值算法;针对非线性的一维、二维土壤水分运动方程,对计算过程中用到的显式格式和隐式格式的处理方法做了介绍,构造了有限点数值算法。最后,分别针对一维、二维土壤水分运动方程和土壤盐分运移方程进行了数值模拟,深入讨论了数值模拟结果与支持域大小、空间步长和时间步长之间的关系,并分析了收敛阶和计算时间,进而将数值模拟结果分别与有限元法、特征有限元和有限差分法进行比较,说明本文提出的有限点法是有效的。
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