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浸入界面方法主要是用来求解含有不连续界面问题的偏微分方程,目前已经被广泛的应用到计算流体力学的领域中。界面问题所导出的偏微分方程的解在通过跳跃界面时通常是不连续的,这使得大多数求解偏微分方程的常规数值解法不再很好的适用于求解浸入界面问题上。
使用浸入界面方法求解椭圆型界面问题的算法思想是采用待定系数法确定每个网格点处的有限差分格式,不规则点处差分格式所推导出的修正项中含有一些跳跃条件的表面导数,其近似值的计算需要通过最小二乘插值法来实现,然而这些量的计算不但会大大增加算法的复杂性,而且对一般人来说也是很困难的。为了减少求解过程中的计算量,我们在IIM的基础上采用一种新的策略,使用水平集函数技术将不连续跳跃条件沿法线方向进行扩展,从而构造基于扩展的新函数,形成一个含自然跳跃条件的新方程,使得这个新方程的解在通过跳跃界面时是连续的。采用这种新的差分策略,得到的修正项中已不含任何表面导数相关的量。这正是我们对界面问题进行转变并进行正交扩展的主要动机,同时其修正项格式也得到了简化。显然,这种方法在求解三维界面问题时能带来更大的优势。
本文首先介绍了使用浸入界面方法求解椭圆型界面问题的主要步骤,然后又使用消除跳跃条件奇异性的方法求解一般的三维椭圆型界面问题。最后使用快速泊松解法求解有限差分方程组并给出实际例子通过数值结果验证其可靠性。