多介质流体力学方程保物理特性的计算方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1530116
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Multi-material fluid dynamics is widely seen in practical problems,such as atomic bomb simulation, Inertial Confinement Fusion (ICF), planetary physics etc. The challenges of this kind of problems are involved of multi-material, moving interface, large deformation and sharp discontinuities coupling together. The scheme should be positivity-preserving, which update new states with positive density, internal energy and other physically positive variables. In this project, we have three parts: (1) Based on traditional spatial grid and material grid, the MMALE technique introduces the mixed grid to improve the simulation for large deformation. (2) In order to capture the multi-material and sharp discontinuities, the weak Galerkin method is applied for the spatial discretization of multi-material fluid dynamics. Meanwhile, we shall design positive-preserving scheme base on approximate Riemann solver. (3) Multi-material fluid dynamics with stochastic interface problem is considered for describing the moving interface efficiently. The shape-derivative and perturbation analysis are applied to get high order approximation for expectation and variance of numerical solution.The proposed theoretical and computational research will significantly strengthen our ability in dealing with challenging issues within Multi-material fluid dynamics, which is valuable and has long lasting impact in advancing science and technology.
多介质流体力学方程在武器物理、惯性约束聚变(ICF)、天体物理等很多科学与工程领域有着广泛的应用背景。这类问题的难点在于多介质、运动交界面、大变形和强间断等复杂流动特征的耦合,以及在计算求解时物理性质的保持。在本项目中,我们拟从以下三方面对这类问题进行研究:(1)采用多介质任意Lagrangian Eulerian 方法,在传统的空间网格和物质网格基础上引入混合网格,以更好处理大变形问题。(2)将弱Galerkin方法运用到多介质流体的空间方向,用于更好刻画多介质和强间断等现象。同时,基于近似Riemann解法器,设计与弱有限元相关的保正性算法。(3)为了能够更好地刻画运动界面,我们拟尝试处理随机交界面的多介质流体力学方程,采取形状导数和摄动分析得到数值解均值和方差的高阶逼近。这些理论与数值计算方法的研究将有助于人们对多介质流体力学问题中相关现象的认识,有着重要的实用价值和现实意义。

结项摘要

本项目主要围绕多介质流体力学方程保物理特性的计算方法进行的研究。经过三年的集中攻关,主要成果包括:1)首次给出了一般具一阶对流项拟线性反应扩散方程的有限元的离散极值原理,并相应给出了我们的离散极值原理成立所需要的有限元剖分满足的几何约束条件; 2)系统地研究了弱有限元方法的理论框架和应用,针对流体力学中的典型方程设计了一系列稳定、高效的数值格式; 3)采用了弱有限元方法对计算流体动力学中的线性双曲方程进行了数值模拟;4)在超收敛方面,给出了新的弱有限元解决方案超精确到拉格朗日型插值解,这为开发一个高效的后处理技术提供了更好的逼近解梯度。

项目成果

期刊论文数量(16)
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 Systematic Study on Weak Galerkin Finite Element Methods for Second Order Elliptic Problems
二阶椭圆问题弱伽辽金有限元方法的系统研究
  • DOI:
    10.1007/s10915-017-0496-6
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Junping Wang;Ruishu Wang;Qilong Zhai;Ran Zhang
  • 通讯作者:
    Ran Zhang
A new modified weak Galerkin finite element scheme for solving the stationary Stokes equations
求解平稳斯托克斯方程的新修正弱伽辽金有限元格式
  • DOI:
    10.1016/j.cam.2017.01.021
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Journal of Computational and Applied Mathematics
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Tian Tian;Qilong Zhai;Ran Zhang
  • 通讯作者:
    Ran Zhang
Discrete Maximum principle for the P1-P0 weak Galerlin finite element approximations
P1-P0 弱 Galerlin 有限元近似的离散极大值原理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    J. Comput. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    J. Wang;X. Ye;Q. Zhai;R. Zhang
  • 通讯作者:
    R. Zhang
Weak Galerkin method for the Cahn-Hilliard equations
Cahn-Hilliard 方程的弱 Galerkin 方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Math. Comp.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    J. Wang;Q. Zhai;R. Zhang;S. Zhang
  • 通讯作者:
    S. Zhang
Lower and upper bounds of Laplacian eigenvalue problem by weak Galerkin method on triangle mesh
三角形网格弱伽辽金法拉普拉斯特征值问题的上下界
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Discrete Contin. Dyn. Syst. Ser. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Q. Zhai;R. Zhang
  • 通讯作者:
    R. Zhang

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其他文献

前端开孔的大振幅柱型超声变幅杆
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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天元数学东北中心
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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    11826101
  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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  • 批准号:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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