解Burgers方程的迎风加权交替显隐并行方法

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Burgers方程可以作为流体动力学Navier-Stokes方程的简单数学模型方程,又可以作为浅水波问题,交通流动力学等问题的数学模型,具有广泛的应用背景.因此,讨论Burgers方程的数值解法还有求解方程本身以外的学术价值. 许多作者利用基于有限差分法,有限元法和边界元法等数值方法求解 Burgers方程,但这些算法中,显式算法受到严格的稳定性条件的限制,而隐式算法虽不受上述条件的限制,却要求解大型稀疏非线性方程组,故这些算法均不适合在并行机和向量机上实现. 本文针对Burgers方程建立一类具有并行本性的数值计算方法一迎风加权交替分段(块)显隐并行方法.此方法在每一时间层上,将求解区域分成不同的段(块),在每一段(块)上构造能够独立求解的差分方程组,因此具有并行本性,适合在高性能多处理机器的并行计算机上使用. 主要包括如下两部分工作: 第一章研究如下一维Burgers方程初边值问题的迎风加权交替分段显隐并行方法.ε>0为常数. 首先,我们将求解区域分成若干段,在奇偶时间层上的不同段上,分别采用“段隐格式-显格式-…-显格式-段隐格式”和“显格式-段隐格式-…-段隐格式-显格式”进行计算.其中段隐格式是在该段的两个端点采用Saul’yev格式,其余的节点采用隐格式.而显格式是在该段的所有节点都采用显格式进行计算.按照上面的方式,在奇偶时间层上交替推进,就建立了Burgers方程的交替分段显隐并行方法.其次,我们利用线性化的方法,对迎风加权交替分段显隐格式进行了稳定性分析,得出该方法为绝对稳定的.并进一步,对模型问题进行了数值实验,给出数值结果,结果表明该方法稳定性好,且具有较好的精度。 第二章研究如下二维Burgers方程初边值问题的交替分块显隐并行方法。 首先,我们建立几种块结构-CE块、GE块、IB块.并将求解区域分成若干块,在奇偶时间层上按照如图2.2和图2.3的计算规则进行计算.这样,在奇偶时间层上交替推进,就建立了二维Burgers方程的交替分块显隐方法.其次,利用线性化的方法,对迎风加权交替分块显隐格式进行了稳定性分析,得出该方法为绝对稳定的.并进一步,对模型问题进行了数值实验,给出数值结果,结果表明迎风加权交替分块显隐方法稳定性好,且具有较好的精度。
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