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KESIS 我的论文涉及非线性偏微分方程(PDE)数值解的收敛性与稳定性判定问题

我的论文涉及非线性偏微分方程(PDE)数值解的收敛性与稳定性判定问题

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本人研三,毕业论文方向是“复杂流体动力学中的纳维-斯托克斯方程(N-S方程)简化模型的数值模拟”。目前在处理一个二阶非线性项时遇到了瓶颈,想向大家请教:

  1. 数值稳定性问题:我采用了有限差分法(FDM)进行空间离散,但在时间步迭代时,即便满足了常规的 CFL 条件(C=ΔxuΔt1),残差依然在第 500 步左右开始发散。

  2. 具体困惑:

    • 对于非线性项 uxu,我尝试了中心差分和迎风格式(Upwind Scheme)。中心差分抖振严重,迎风格式虽然稳定但数值耗散(Numerical Diffusion)大得离谱,导致解的峰值被磨平了。

    • 大家在处理这种强非线性耦合时,是倾向于使用 非线性多重网格法(FAS) 还是传统的 Newton-Raphson 迭代?

  3. 计算环境:使用 MATLAB 编写算法,核心代码涉及到大型稀疏矩阵的求逆。

附上我的能量演化曲线图和部分离散化公式。恳请各位大佬点拨!

韩沐川 已回答的问题
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如果你不想折腾复杂的格式,可以试试半隐式方法(Semi-implicit Method):将线性项隐式处理以保证稳定性,非线性项显式处理以简化计算。 另外,MATLAB 的稀疏矩阵求逆建议改用 pcg(预处理共轭梯度法)或者 gmres。直接求逆在网格加密后会变成内存黑洞。

韩沐川 已回答的问题
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