3维不可压缩MHD方程组的全离散隐式/显式差分有限元算法

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11771348
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Magnetohydrodynamic(MHD)is of important applications in the astrophysics,.controlled nuclear reaction and MHD dynamotor. First, we design the fully discrete.implicit/explicit method for solving the nonstationary incompressiblethe MHD.equations on a 3D bouned convex domain, time discretization is based on the.implicit/explicit difference scheme with the second accuracy, namely, the second.order stability implicit scheme is used to deal withthe linear terms in MHD.equations and the simple second order explicit scheme is used to deal with the.nonlinear terms in MHD equations. Next, we design the fully discrete.implicit/explicit difference finite element method for solving the nonstationary.incompressible MHD equations,where we use the diference method in z-direction and.the finite element method in the (x,y)-direction for solving the 2D Stokes.equations and the Maxwell equations. For the fully discrete difference finite.element methods for solving the 3D MHD equations, we will analyze the optimal H^1.error estimates of the numerical solution by the induction method and the optimal.L^2-error estimates by using the negative norm technique without using the.standard duality argument. Numerical analysis shows our method is of the.advantages of taking larger time step, simple computation and needing a little.save amount. Finally, design the computational programme and numerical test the.physical MHD problems. This research will provide some important contributions to.the nonlinear sciences and MHD numerical computations.
磁流体力学(MHD)在天体物理、受控热核反应和磁流体发电中具有重要的应用。首先设计求解3维有界凸区域上的非定常不可压MHD方程的时间变量离散的二阶隐式/显式差分格式(其线性项用稳定的二阶隐式格式,非线性项用计算简单的二阶显式格式)。三维MHD方程经过隐式显式时间离散后,在每个时间层仍然需要求解线性三维的Stokes方程和Maxwell方程,对此,我们将运用差分有限元方法求解它,即径向方向用差分格式, 这样在水平方向形成的二维Stokes方程和Maxwell方程,又可以用并行计算。对于求解三维MHD方程全离散差分有限元算法,用数学归纳法推导H^1最优误差估计,用负范数技巧推导出速度和磁强度的L^2最优误差。数值分析表明该算法具有可以取大时间步长,计算量少,存贮量少的优点,最后编制程序,数值模拟实际应用问题。该项目的研究将会为非线性科学和磁流体数值模拟的研究做出重要的贡献。

结项摘要

磁流体力学(MHD)在天体物理、受控热核反应和磁流体发电中具有重要的应用。我们将对3维有界凸区域上的非定常不可压MHD方程组设计全离散有限元方法。首先运用满足离散的inf-sup条件的 一阶或二阶协调混合有限元空间对空间变量进行离散化,然后再运用二阶隐式/显式差分格式即二阶Crank-Nicolson/ Adams-Bashforth差分格式(其线性项用稳定的二阶隐式格式,非线性项用计算简单的二阶显式格式),及二价线性化半隐差分格式即Crank-Nicolson外推差分格式和二阶牛顿线性化差分格式对时间变量进行离散, 从而可以数值上得到MHD方程组得全离散有限元解。三维MHD方程经过二价隐式显式差分格式或二价线性化半隐差分格式时间离散后,在每个时间层仍然需要求解线性三维的广义Stokes方程组和Maxwell方程组。. 对于求解三维MHD方程全离散有限元算法,用数学归纳法推导H^1误差估计,用负范数技巧推导出速度和磁强度的L^2最优误差。数值分析表明该算法具有可以取大时间步长,计算量少,存贮量少的优点,最后编制程序,数值模拟实际应用问题。该项目的研究将会为非线性科学和磁流体数值模拟的研究做出重要的贡献。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Discontinuous Galerkin method for the nonlinear Biot's model
非线性 Biot 模型的间断 Galerkin 方法
  • DOI:
    10.1016/j.apnum.2019.12.019
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Applied Numerical Mathematics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wen Jing;Su Jian;He Yinnian;Chen Hongbin
  • 通讯作者:
    Chen Hongbin
A divergence free weak virtual element method for the Stokes-Darcy problem on general meshes
求解一般网格Stokes-Darcy问题的无散弱虚元法
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2018.10.022
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Wang Gang;Wang Feng;Chen Long;He Yinnian
  • 通讯作者:
    He Yinnian
A Posteriori Error Estimates for the Virtual Element Method for the Stokes Problem
Stokes问题虚元法的后验误差估计
  • DOI:
    10.1007/s10915-020-01281-2
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Wang Gang;Wang Ying;He Yinnian
  • 通讯作者:
    He Yinnian
Unconditional convergence and optimal L-2 error estimates of the Crank-Nicolson extrapolation FEM for the nonstationary Navier-Stokes equations
非平稳纳维-斯托克斯方程的 Crank-Nicolson 外推有限元的无条件收敛和最优 L-2 误差估计
  • DOI:
    10.1016/j.camwa.2017.08.034
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Computers & Mathematics with Applications
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Guo Yingwen;He Yinnian
  • 通讯作者:
    He Yinnian
A parallel finite element method for incompressible magnetohydrodynamics equations
不可压缩磁流体动力学方程的并行有限元方法
  • DOI:
    10.1016/j.aml.2019.106076
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    APPLIED MATHEMATICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Dong, Xiaojing;He, Yinnian
  • 通讯作者:
    He, Yinnian
共 28 条
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
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  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    张通;何银年
  • 通讯作者:
    何银年
共 4 条
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