Универсальная многосеточная технология для численного решения краевых задач на структурированных сетках
Диссертация
Недавно было показано, что идея Р. П. Федоренко допускает вторую алгоритмическую реализацию, которая получила название «Универсальная1 Многосеточная Технология» (УмТ). В отличие от КэдМ, УуТ основана на адаптации краевой задачи к алгоритму. Таким образом, УэдТ состоит из двух частей: 'В соответствии с, универсальными, будут называться высокоформализо-ванные алгоритмы, которые эффективны при… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- 1. Обзор методов решения сеточных уравнений
- 2. Универсальная многосеточная технология
- 2. 1. Многосеточная структура
- 2. 2. Описание технологии
- 2. 3. Преимущества многосеточной технологии
- 2. 4. Вычисление интегралов
- 2. 5. Оценка общих вычислительных усилий
- 2. 6. Оценка максимального проигрыша в эффективности
- 2. 7. Вычислительные эксперименты
- 2. 7. 1. Блочный вариант метода Зейделя
- 2. 7. 2. Точечный вариант метода Зейделя
- 2. 8. Системы линейных дифференциальных уравнений
- 2. 9. Способы адаптации краевых задач
- 2. 10. Программное обеспечение
- 2. 11. Общая схема многосеточной технологии
- 3. Оценка внутреннего параллелизма
- 3. 1. Архитектура многопроцессорного компьютера
- 3. 2. Статический цикл
- 3. 3. Динамический цикл
- 4. Адаптация уравнений Навье-Стокса к численным методам 89 4.1 Модификация уравнений Навье-Стокса для несжимаемых течений
- 4. 2. Аппроксимация граничных условий на твердой стенке
- 4. 3. Проблемно-зависимая модификация уравнений Навье-Стокса
- 4. 4. Замечания о точности вычислений
- 4. 5. Вычислительный эксперимент
- 5. Моделирование отдельных режимов кипения
- 5. 1. Математическая модель вынужденной однофазной конвекции
- 5. 2. Математическая модель теплообмена при кипении в каналах
- 5. 3. Модифицированная форма (К — е)-модели турбулентности
- 5. 3. 1. Построение функции особенностей
- 5. 3. 2. Построение функции особенностей
- 5. 3. 3. Построение функции особенностей 4fuv
- 5. 3. 4. Определение функции
- 5. 3. 5. Построение модифицированной формы (К—е)-модели турбулентности
- 5. 3. 6. Тестирование (К — е)-модели
- 5. 4. Результаты моделирования отдельных режимов кипения
- 5. 4. 1. Моделирование пузырькового режима кипения
- 5. 4. 2. Моделирование пленочного режима кипения
Список литературы
- Федоренко Р.П. Релаксационный метод решения разностных эллиптических уравнений // ЖВМ и М. ю 1961. — Т 1, № 5. — С.922−927.
- Федоренко Р.П. Скорость сходимости одного итерационного метода // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1964. — Т 4. — № 3. — С.227−235.
- Wesseling P. An Introduction to Multigrid Methods Chichester: Wiley, 1991.- P.284.
- Hackbusch W. Robust multi-grid methods, the frequency decomposition multi-grid algorithm // Proc. 4th GAMM-seminar. Kiel, 1988. — P.96−104.
- Мартыненко С.И. Универсальная многосеточная технология для численного решения краевых задач на структурированных сетках // Вычислительные методы и программирование. 2000. — Т.1, раздел 1. — С.85−104.
- Самарский А.А., Гулин А. В. Численные методы. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. — 432 с.
- Бахвалов Н.С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы: Уч. пос. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 600 с.
- Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1978.- 512 с.
- Марчук Г. И. Методы вычислительной математики: Учеб. пособие. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. — 608 с.
- Самарский А.А. Теория разностных схем. 2-е изд. — М.: Наука, 1983. — 614 с.
- Хейгеман JI., Янг Д. Прикладные итерационные методы: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. — 448с.
- Hestenes М. R., Stiefel Е. I. Methods of conjugate gradients for solving linear systems // Nat. Bur. Std. J. Res. 1952. — V. 49. — P.409−436.
- Hestenes M. R. The conjugate-gradient method for solving linear systems // Numerical Analysis (J. Curtiss, ed.). New York: McGraw-Hill, 1956. — V.6. — P.456−466.
- Vinsome R. K. W. ORTHOMIN, an iterative method for solving sparse sets of simultaneous linear equations, // Symp. Numer. Simulation of Reservoir Perfojmance of SPE of AIME, 4th: paper SPE 5739 Los Angeles (California), 1976. — P. 19−20.
- Young D. M., Jea К. C. Conjugate gradient acceleration of iterative methods: Part 2, The Nonsymmetrizable Case // Center for Numerical Analysis, Univ. of Texas at Austin. 1980. — Rep. CNA-163. — P.37.
- Young D. M., Jea К. C. Generalized conjugate gradient acceleration of nonsymmetrizable iterative methods // Linear Algebra and Appl. 1980. -V. 34. — P. 159−194.
- Paige C., Saunders M. LSQR: An algorithm for sparse linear equations and sparse least squares // ACM Trans. Math. Soft. 1982. — V. 8. — P.43−71.
- Bjorck A., Elfving T. Accelerated projection methods for computing pseudo-inverse solutions of systems of linear equations // BIT. 1979. — V. 19. — P. 145 163.
- Faber V., Manteuffel T. Necessary and sufficient conditions for the existence of a conjugate gradient method // SIAM J. Numer. Anal. 1984. — V. 21. -P.315 339.
- Voevodin V. The problem of non-self-adjoint generalization of the conjugate gradient method is closed // Comput. Math, and Math. Phus. 1983. — V. 23.- P. 143−144.
- Sonneveld P. CGS, a fast Lanczos-type solver for nonsymmetric linear systems // SIAM J. Sci. Statist. Comput. 1989. — V. 10. — P.36−52.
- H. van der Vorst, Bi-CGSTAB: A fast and smoothly converging variant of Bi-CG for the solution of nonsymmetric linear systems // SIAM J. Sci. Statist. Comput. 1992. — V. 13. — P.631−644.
- Gutknecht M. H. Variants of Bi-CGSTAB for matrices with complex spectrum // Tech. Report, IPS ETH (Zurich). № 91−14. — 1991. — P.64.
- Sleijpen G. L. G., Fokkema D. R. Bi-CGSTAB (/) for linear equations involving unsymmetric matrices with complex spectrum // Tech. Report, Univ. of Utrecht, Depart, of Math. Utrecht (The Netherlands). — 1993. — № 772 — P.23.
- Hackbusch W. Ein iteratives Verfahren zur schnellen Auflosung elliptischer Randwertprobleme // Report Universitat Koln, 1976. — S.76−12.
- Dendy Jr. J. E. Black box multigrid // J. Comput. Phys. 1982. — V. 48. -P.366−386.
- Dendy Jr. J. E. Black box multigrid for systems // Appl. Math. Сотр. 1986.- V. 19. P.57−74.
- Chang Q., Wong Y.S., Li Z. New interpolation formulas of using assumptions in the algebraic multigrid method // Appl. Math. Сотр. 1992. — V. 50. -P.223−233.
- Alcouffe R.E., Brandt A., Dendy Jr. J. E., Painter J. W. The multigrid method for diffusion equations with strongly discontinuous coefficients // SIAM J. Sci. Statist. Comput. 1981. — V. 34. — P.113−146.
- Kettler R., Meijerink J. A. A multigrid method and a combined multigrid-conjugate gradient method for elliptic problems with strongly discontinuouscoefficients in general domains // KSEPL: Shell Publ. 604. Rijswijk (The Netherlands) — 1981. — P.35.
- Kettler R. Analysis and comparison of relaxation schemes in robust multigrid and conjugate gradient methods // Multigrid Methods, Berlin, 1982. P.502−534.
- Oertel K. D., Sttiben K. Multigrid with ILU-smoothing: systematic tests and improvements // Robust Multigrid Methods: Proc. 4th GAMM-seminar., Vieweg. 1989. P. 188−199.
- Wittum G. Linear iterations as smoothers in multigrid methods: theory with applications to incomplete decompositions // Impact Comput. Sci. Eng. 1989. — V. 1. — P.180−215.
- Mulder W. A. A new multigrid approach to convection problems // J. Comput. Phys. 1989. — V. 83. — P.303−323.
- Dendy Jr. J. E., Hyman J. M. Multi-grid and ICCG for problems with interfaces // Elliptic problem solvers. New York: Academic, 1981. P.247−253.
- Stiiben K., Mierendorf H., Thole C. A., Thomas O. Industrial parallel computing with real codes // Parallel Computing. 1996. — V. 22. — P.725−737.
- Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. Введение в информатику с позиций математического моделирования / А. А. Самарский, И. М. Макаров, В. Г. Афанасьев и др. М.: Наука, 1988. — 176 с.
- Бабенко К.И. Основы численного анализа. М.: Наука, 1986. — 744 с.
- Kariman S.M.H. and Schneider G.E. Pressure-based computational method for compressible and incompressible flows // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 1994. — V. 8, No. 2. — P.267−274.
- Chorin A.J. A Numerical Method for Solving Incompressible Viscous Flow Problems // J. Сотр. Phys. 1967. — V. 2. — P. 12−26.
- Temam R. Penalty functions // Bull. Soc. Math. (Fr.) 1968. — V. 96. — P.115−152.
- Белоцерковский O.M., Гущин B.A., Щенников B.B. Метод расщепления в применении к решению задач динамики вязкой несжимаемой жидкости // ЖВМ и МФ. 1975. — Т. 15, № 1. — С.197−207.
- Hackbusch W. Multi-grid methods and applications, Berlin, Springer. 1985. -P.445.
- Brandt A. Multi-level adaptive solutions to boundary value problems // Math. Comput. 1977. — V. 31. — P.333t-390.
- Patankar S. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow New York: Hemisphere, 1080. — P.284.
- Vanka S.P., Leaf G.K., An efficient finite-difference calculation procedure for multi-dimensional fluid flows // AIAA Paper, 1984. № 1244. — p.12.
- Harlow F.M. and Welch J.E. Numerical calculation of time-dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface // Physics of Fluid. 1965. — V. 8, No. 12. — P.2182−2189.
- Anderson D.A., Tannehill J.C., Pletcher R.H. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer New York: Hemisphere, 1984. — P.587.
- Demirzic R.I., Issa R.I., Lilek Z. Solution method for viscous fiows at all speeds in complex domains // Proc. 8th GAMM Conference on Numerical Methods in Fluid Mechanics, Vieweg, 1990. P.89−98.
- Koren B. Defect correction and multigrid for an efficient and accurate computation of airfoil flows // J. Comput. Phys. 1988. — V. 77. — P.183−206.
- Wessiling P. Linear multigrid methods // Multigrid Methods 1987. — p.31−56.52. Yessiling P. Cell-centred multigrid for interface problem //J. Comput. Phys. 1988. -V. 79.-P.85−91.
- Launder В., Sharma В. Application of the energy dissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc // Letters in Heat and Mass Transfer. 1974. — V. 1. — P.131−138.
- Мартыненко С.И. Универсальная многосеточная технология для численного решения систем дифференциальных уравнений в частных производных // Вычислительные методы и программирование. 2001. — Т.1, раздел 1. -С.1−11.
- Мартыненко С.И. Программное обеспечение для универсальной многосеточной технологии: строительные блоки и диагностические инструменты // Вычислительные методы и программирование. 2001. — Т.4, раздел 1. — С. 1−6.
- Issa R.I. Numerical Methods for Two- and Three-Dimensional Recirculating Flows // Computational Methods for Turbulence, Transonic and Viscous Flows, New York, 1983. P.183−211.
- Briley W.R. Numerical method for predicting three-dimensional steady viscous flow in ducts-// J. Сотр. Phys. 1974. — V. 14. — P.8−28.
- Мартыненко С.И. Оценка внутреннего параллелизма многосеточной технологии // Проблемы исследований и разработок по созданию силовых и энергетических установок XXI века: Тез. докл. Всеросс. конф. молодых ученых.- М., 2000. С.42−43.
- Мартыненко С.И. Адаптация уравнений Навье-Стокса к численным методам // Проблемы исследований и разработок по созданию силовых и энергетических установок XXI века: Тез. докл. Всеросс. конф. молодых ученых.- М., 2000. С. 43.
- Экспериментальные исследования и математическое моделирование теплообмена при кипении криогенных жидкостей в трубных каналах: НТО / ЦИ
- AM Рук. темы Мартыненко С. И. Гр № 90 178 139, инв. № 300−1885. М., 1994. — 65с.
- Кунбутаев J1.M., Мартыненко С. И. Упрощенная двумерная математическая модель сопряженного теплообмена при кипении криогенных жидкостей в электрически обогреваемых трубных каналах // Вестник МЭИ. 1998. -Вып. 5. — С.16−21.
- Расчет показателей теплофизических свойств азота, кислорода, атмосферного воздуха, параводорода, метана и гелия при помощи специализированных программ на языке FORTRAN-4: НТО / ЦИАМ Рук. темы Митин Б. М. Гр № 86 732 678, инв. № 10 961. М., 1989. — 83с.
- Akai М., Inoue A. Co-current Stratified Air-Mercury Flow with Wavy Interface // Int. J. Multiphase Flow. 1980. — V. 6. — P.173−190.
- Лапин Ю.В., Стрелец M.X. Внутренние течения газовых смесей. М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. — 368 с.
- Lam C.K.G., Bremhorst К.А. A Modified form of the (K — ?)-mode Predicting Wall Turbulence // J. Fluids Eng. 1981. — V. 103. — P.456−460.
- Jones W.R., Launder B.E. The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence // Int. J. Heat Mass Transfer. 1972. — V. 15. -P.301−314.
- Launder B.E., Sharma B.I. Application of the Energy Dissipation Model of Turbulence to the Calculation of Flow near a Spinning Disc // Letters in Heat and Mass Transfer. 1974. — V.7 — P. 131−138.
- Chien K.-Y. Prediction of Channel and Boundary Layer Flows with a Low-Reynolds-number Turbulence Model // AIAA J. 1982. — V.20., N1. — P.33−38.
- Coles D., A Model for Flow in the Viscous Sublayer // Proceeding of the workshop on coherent structure of turbulent boundary layers Bethlehem: Lehigh University, 1978. — P.56−67.
- Schubauer G.B., Turbulent Processes as Observed in Boundary Layer and Pipe 11 J. Appl. Phys. 1954. — V.25. — P.188−196.
- Пейтел В.К., Роди В., Шойерер Г., Модели турбулентности для течений в пристеночной области с малыми числами Рейнольдса // Аэрокосмическая техника. 1986. — № 2. — С.183−197.
- Cebeci Т., Bradshaw P., Physical and Conputational Aspects of Convective Heat Transfer, New York: Springer-Verlag, 1984. P.477.
- Laufer J. The Structure of Turbulence in Fully Developed pipe Flow // NACA Tech. Report. 1954. — № 1174 — P.56.
- Barbin A.R., Jones J.B. Turbulent Flow in the Inlet Region of a Smooth Pipe // J. Basic Engng. 1963. — V. 85(1), N 29. — P. 29−34.
- Hinze J.O. Turbulence New York: McGRAW-HILL, 1959. — P.743.
- Расчетно-экспериментальное исследование процессов кипения криогенной жидкости с целью создания эффективных ТВТ-испарителей: НТО / ЦИАМ Рук. темы Мартыненко С. И. Гр № 91 238 900, инв. № 300−1896. М., 1994. -54с.
- Кунбутаев JI.M., Мартыненко С. И., Матлин Г. Г. Численное моделирование вынужденной двухфазной конвекции криогенных жидкостей в трубных каналах // Вестник МЭИ. 1998. — Вып. 4. — С.77−88.
- Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем: Пер. с англ. М: Мир, 1991. — 367 с.