二维不可压涡量-速度N-S方程组基于高阶紧致差分格式的多重网格算法研究

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不可压Navier-Stokes(N-S)方程组的数值计算在计算流体力学的数值模拟中扮演着非常重要的角色,寻求其精确稳定和高效的数值方法一直是科研工作者不懈努力的方向.随着数值方法和计算机技术的快速发展,对不可压N-S方程组的数值求解的研究也越来越深入,已经存在不少精确稳定的计算方法.然而,由于实际问题的复杂性,传统的迭代求解方法计算量往往比较大,求解效率低,因此,本文采用高精度紧致格式并结合多重网格方法对二维不可压N-S方程组的数值求解方法进行了研究.   本文共分五章:第一章,讨论了本课题的研究背景和意义,就国内外在该领域所取得的研究成果进行了综述,并阐述了与传统方法比较多重网格方法的优势;第二章,由二维原始变量的不可压N-S方程组出发,推导了二维不可压涡量-速度形式的N-S方程组,并建立了可用于其数值求解的高精度紧致差分格式;第三章,详细介绍了多重网格方法的基本构成及其循环过程,并提出了基于高精度紧致格式的多重网格算法;第四章,为了验证所提方法的精确性、可靠性以及高效性,针对有解析解的二维定常不可压N-S方程组的狄利克雷边值问题和典型的驱动方腔流问题进行了数值实验.在相同的格式和迭代法下,分别采用传统方法和多重网格方法进行计算.通过对收敛阶,迭代次数,工作单元及CPU运行时间的比较,充分证明了本文方法不仅精度高,稳定性好,而且收敛速度与传统迭代法相比快得多;第五章是结论和展望.
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