多层浅水波方程的间断伽辽金法及其在泥石流等自然灾害中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11701055
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The multi-layer shallow water equations have been successfully applied to many hydromechanics problems where vertical structure plays an important role in the flow. The primary barrier to the use of these equations more broadly has been the complexity and computational cost of the required solvers. The multi-layer shallow water equations have still water stationary solution and the water depth is always non-negative. However, most of traditional numerical methods cannot maintain the still water stationary solution and the non-negativity of the water depth. Therefore, we will develop a high order positivity-preserving and well-balanced discontinuous Galerkin method for solving the multi-layer shallow water equations in this project. Moreover, we consider the two-phase shallow granular flow equations which are a transformation of the two-layer shallow water equations in the application of natural disasters such as landslides and debris flows. Since they are not always hyperbolic, we will design a high order positivity-preserving and well-balanced central discontinuous Galerkin method for them, which avoids to solve the Riemann problems. In order to predict the impact speed and overflow domain of the landslides and debris flows timely, we will present a high order positivity-preserving and well-balanced reconstructed central discontinuous Galerkin method which can reduce the computational cost by nearly half.
多层浅水波方程已经成功的应用到许多流体力学问题中,在这些问题中,流体竖直方向的特征扮演了比较重要的角色。阻碍这些方程被广泛应用的是方程求解器的复杂性和高昂的计算费用。双层浅水波方程具有静水稳定解,水深总是非负的,但是大多数数值算法并不能保持静水稳定解和水深的非负性,因此本项目将发展一个高阶保正且保持平衡的间断伽辽金法。另外考虑两相颗粒薄层流方程,其是双层浅水波方程在滑坡和泥石流等自然灾害中应用后的一个变化模型,由于该方程不总是双曲型的,所以本项目将设计一个高阶保正且保持平衡的中心间断伽辽金法,其避免了黎曼问题的求解。为了及时的预测出滑坡和泥石流等自然灾害的冲击速度和泛滥区域,本项目将设计一个高阶保正且保持平衡的重构的中心间断伽辽金法,其将减少一半左右的计算时间。

结项摘要

浅水波方程已经成功的应用到许多水力工程问题中。在本项目中,研究了双层浅水波方程和易腐蚀底部上浅水波方程的高阶数值方法。具体地说包括:首先针对双层浅水波方程和易腐蚀底部的浅水波方程提出了一个保正且保持平衡的中心间断伽辽金法。然后在非结构网格上建立了中心间断伽辽金法,该方法用来解决来一些守恒律问题,设计了一个满足极值原理的中心间断伽辽金法来求解守恒律方程和保正的中心间断伽辽金法来求解可压欧拉方程。第三,提出了一个修正的中心间断伽辽金法来求解浅水波方程,该方法能大大减少计算量。通过该项目,发表了9篇SCI论文,培养了三个研究生。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A modified central discontinuous Galerkin method with positivity-preserving and well-balanced properties for the one-dimensional nonlinear shallow water equations
一维非线性浅水方程保正性和良好平衡性的改进中心间断伽辽金法
  • DOI:
    10.1016/j.cam.2018.06.033
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computational and Applied Mathematics
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Chen Aimin;Li Maojun
  • 通讯作者:
    Li Maojun
A high order central DG method of the two-layer shallow water equations
两层浅水方程的高阶中心DG方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Communications in Computational Physics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Cheng Yongping;Dong Haiyun;Li Maojun;Xian Weizhi
  • 通讯作者:
    Xian Weizhi
A CDG-FE method for the two-dimensional Green-Naghdi model with the enhanced dispersive property
具有增强色散特性的二维Green-Naghdi模型的CDG-FE方法
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2019.108953
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Maojun Li;Liwei Xu;Yongping Cheng
  • 通讯作者:
    Yongping Cheng
Error analysis of the meshless finite point method
无网格有限点法误差分析
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2020.125326
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Li Xiaolin;Dong Haiyun
  • 通讯作者:
    Dong Haiyun
Maximum-Principle-Satisfying and Positivity-Preserving High Order Central DG Methods on Unstructured Overlapping Meshes for Two-Dimensional Hyperbolic Conservation Laws
二维双曲守恒定律非结构化重叠网格的最大原理满足且保正性高阶中心DG方法
  • DOI:
    10.1007/s10915-018-00895-x
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Li Maojun;Dong Haiyun;Hu Binbin;Xu Liwei
  • 通讯作者:
    Xu Liwei

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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