浓度对流扩散方程高精度并行格式的构造及其应用

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:MaoZeDongNiMaBi2005
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对流扩散方程在环境领域中有重要的作用,比如污染物质在河流、大气等中的分布情况,我们可以用对流扩散方程来描述。所以,对对流扩散方程求解方法的研究具有极为重要的意义。目前,在对流扩散方程的求解过程中,有限差分方法是众多数值求解方法中重要的方法之一。但是,该方法中的显格式稳定性受到限制;隐格式需解大型的线性方程组,难以并行。近些年来,随着高性能计算机的快速发展,并行算法发展迅速,国内外研究学者取得了众多研究成果。例如,Evans和张宝琳等人针对扩散方程和对流扩散方程提出了一系列的并行算法。但是众多并行算法中的有些精度并不高,所以,构造高精度并行算法,以达到提高计算速度和精度的目的是很有必要的。本文在隐格式的基础上,主要是对一维浓度对流扩散方程和二维浓度对流扩散方程构造了新的并行算法,并且将二维浓度扩散方程高精度并行算法应用到环境的实际问题中。在本文的第二章中,针对一维、二维浓度扩散方程,一维、二维浓度对流扩散方程,构造了一类新的二阶精度隐式并行格式,并分别对各个算例进行了计算,对计算结果进行分析,验证了格式的有效性。在本文的第三章中,针对一维浓度扩散方程、一维浓度对流扩散方程及二维浓度扩散方程,分别构造了一类新的高阶精度并行格式,并分别对各个算例进行了计算,对数值解和精确解进行比较,发现两者的曲线完全吻合,计算精度明显高于二阶精度隐式并行格式的计算精度,证明了格式的有效性。在本文的第四章中,以二维浓度扩散方程的高精度并行格式为理论基础,研究水产养殖池塘在投放消毒剂后的扩散过程,综合考虑所需要的总扩散时间,以及所需消毒剂的总量,得出一种较为合理的投放方式。从而,为池塘养殖提供一定的参考。
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