辐射热传导方程九点格式的研究与应用

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chenquanchenwen
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辐射热传导计算是辐射流体力学数值模拟的重要组成部分,广泛应用于天体物理、惯性约束聚变等诸多领域。过去由于受计算机条件的限制,且高维辐射热传导问题的计算量较大,所以整体迭代求解方法(简称整体计算)难以应用于实际问题的数值模拟中,对整体计算的研究较少。上世纪60年代,提出了求解高维辐射热传导方程的多种经济格式,例如交替方向方法(Alternating Direction Methods,ADM),分裂方法(Splitting Methods)等(参见[1]-[3]),将多维问题转化为一系列的一维问题求解。随后,分裂方法与交替方向法(简称分裂计算)在许多求解辐射热传导实际问题的应用程序中得到广泛应用。  随着计算条件的改善与计算方法的发展,在实际应用中高维辐射热传导问题的求解方式开始由交替方向分裂计算向整体计算转变。本文针对二维辐射流体力学程序RH2D中的九点格式,考察网格节点值的计算与非线性迭代方法对于计算精度的影响,分析分裂计算与整体计算的特点与差异,开展九点格式整体计算的应用研究,给出了初步分析与结论。本论文的主要研究内容如下:  1.设计流连续双线性插值节点值计算方法。比较九点格式不同的节点值计算方法对计算精度的影响,数值算例表明采用流连续双线性插值方法的九点格式计算精度有所改善。  2.比较九点格式不同的非线性迭代方法对计算精度的影响。数值算例表明,九点格式采用Jacobian free Newton-Krylov(JFNK)方法求解时,如果同时采用了合适的节点值计算方法,可以获得比全隐Picard(FIP)迭代更好的计算精度。JFNK每个时间步的平均非线性迭代次数与线性迭代总次数均显著下降,但是JFNK的总体计算时间明显多于FIP的计算时间。  3.分析辐射热传导方程九点格式分裂计算与整体计算的特点与差异。数值算例表明,当时间步长较大的时候,扭曲网格上九点格式整体计算的误差小于分裂计算的误差,可以较好地克服网格剖分方式对分裂计算的影响,但整体计算时间比分裂计算时间多。  4.设计并实现二维辐射流体力学程序RH2D的辐射热传导整体计算方案。结合实际程序的应用需求,将九点格式整体计算应用于辐射流体力学计算程序RH2D中,给出了分裂与整体对比计算的结果及其初步分析。数值结果表明,整体计算实际模型的能量守恒误差比分裂计算有明显改善。
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