双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

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双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

喻海军, 黄国如, 武传号

文章导航 > 水科学进展 > 2014 > 25(4): 542-549

喻海军, 黄国如, 武传号. 双时间步法在二维浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2014, 25(4): 542-549.

引用本文:

喻海军, 黄国如, 武传号. 双时间步法在二维浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2014, 25(4): 542-549.

YU Haijun, HUANG Guoru, WU Chuanhao. Application of dual time-step algorithm for 2-D shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(4): 542-549.

Citation:

YU Haijun, HUANG Guoru, WU Chuanhao. Application of dual time-step algorithm for 2-D shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(4): 542-549.

双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

1.
华南理工大学土木与交通学院, 广东广州 510640;
2.
华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室, 广东广州 510640

基金项目: 水利部公益性行业科研专项经费资助项目（201301093）；华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室自主研究课题项目（2014ZC09）

作者简介:
喻海军（1988-），男，湖北大悟人，博士研究生，主要从事计算水力学研究。E-mail: leivi@gmx.com

通讯作者:
黄国如，E-mail： huanggr@scut.edu.cn

中图分类号: TV131

Application of dual time-step algorithm for 2-D shallow water equations

1.
School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;
2.
State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

摘要: 针对传统算法效率低的问题，将隐式双时间步法应用于求解二维浅水方程，建立了非结构网格下高效的有限体积模型。在应用双时间步法时，虚拟时间层中的定常问题采用高效的隐式LU-SGS（Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel）方法进行迭代求解。通过模拟计算4个典型算例以及与传统显式算法进行比较，对模型精度、效率及处理实际问题能力进行检验，分析了时间步长、内迭代次数对模型性能的影响。结果表明，双时间步法放宽了稳定性对时间步长的限制，时间步长可取到显式格式10倍以上，计算耗时减少了50%以上，模型具有良好精度与适应性，具有较好的推广应用价值。
- 双时间步法 /
- 二维浅水方程 /
- 有限体积法 /
- 非结构网格
Abstract: Aiming at the problem of low efficiency of traditional explicit schemes, an efficient finite volume scheme is proposed by applying an implicit dual time-step algorithm to discretize the two-dimensional shallow water equations on unstructured grids. An implicit non-linear lower-upper symmetric Gauss-Seidel (LU-SGS) solution algorithm is used as the iteration solver for the inner steady problems. The model's accuracy, efficiency, and capability of dealing with practical problems are validated through its application to four typical examples and comparison with an explicit algorithm. In addition, the effects of physical time step and maximum iteration number on the model's accuracy and efficiency are assessed. Numerical results from the test examples show that the dual time-step approach eases the restrictions on the sizes of time steps, which can be more than 10 times that of explicit algorithms, and that the reduction in run-time can be more than 50%. The proposed model is found to be accurate and efficient, thus having a good potential for popularization.
- dual time-step algorithm /
- 2-D shallow water equations /
- finite volume method /
- unstructured grids

[1]	王志力, 耿艳芬, 陆永军, 莫思平, 季荣耀. 基于广义垂线坐标系的三维非结构数学模型及其在珠江口的应用 . 水科学进展, 2019, 30(6): 882-891. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.06.012
[2]	宋利祥, 杨芳, 胡晓张, 杨莉玲, 周建中. 感潮河网二维水流-输运耦合数学模型 . 水科学进展, 2014, 25(4): 550-559.
[3]	周建中, 张华杰, 毕胜, 严凡, 赵越. 自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2013, 24(6): 861-868.
[4]	董炳江, 卢新华, 袁晶. 基于非结构混合网格求解二维浅水方程的一种数值方法 . 水科学进展, 2013, 24(1): 103-110.
[5]	吴钢锋, 贺治国, 刘国华. 具有守恒特性的二维溃坝洪水演进数值模型 . 水科学进展, 2013, 24(5): 683-691.
[6]	周浩澜, 陈洋波. 城市化地面二维浅水模拟 . 水科学进展, 2011, 22(3): 407-412.
[7]	冶运涛, 蒋云钟, 梁犁丽. 流域虚拟仿真中水沙模拟时空过程三维可视化 . 水科学进展, 2011, 22(2): 249-257.
[8]	宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型 . 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
[9]	王蕾, 田富强, 胡和平. 基于不规则三角形网格和有限体积法的物理性流域水文模型 . 水科学进展, 2010, 21(6): 733-741.
[10]	夏军强, 王光谦, LIN Bin-liang, 谈广鸣. 复杂边界及实际地形上溃坝洪水流动过程模拟 . 水科学进展, 2010, 21(3): 289-298.
[11]	顾峰峰, 倪汉根, 戚定满, 郁微微. AUSM格式在二维浅水方程求解中的应用 . 水科学进展, 2008, 19(5): 624-629.
[12]	王志力, 陆永军, 耿艳芬. 基于非结构网格有限体积法的二维高精度物质输运模拟 . 水科学进展, 2008, 19(4): 531-536.
[13]	邢领航, 华祖林. 基于三角单元外心下的幂率格式在丁坝绕流中的应用 . 水科学进展, 2007, 18(3): 362-367.
[14]	潘存鸿. 三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式 . 水科学进展, 2007, 18(2): 204-209.
[15]	赖锡军, 曲卓杰, 周杰, 申满斌. 非结构网格上的三维浅水流动数值模型 . 水科学进展, 2006, 17(5): 693-699.
[16]	陈建忠, 史忠科. 运用半离散中心迎风格式计算二维浅水方程的研究 . 水科学进展, 2005, 16(6): 853-857.
[17]	施勇, 胡四一. 无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法 . 水科学进展, 2002, 13(4): 409-415.
[18]	陈祖华, 赖冠文, 王光谦, 王志石. 非规则网格下二维浅水流动的数值模拟 . 水科学进展, 2002, 13(6): 657-664.
[19]	赵棣华, 戚晨, 庾维德, 徐葆华, 裴中平. 平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型 . 水科学进展, 2000, 11(4): 368-374.
[20]	谭维炎, 胡四一. 浅水流动计算中—阶有限体积法Osher格式的实现 . 水科学进展, 1994, 5(4): 262-270.

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双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

1. 华南理工大学土木与交通学院, 广东广州 510640;

2. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室, 广东广州 510640

基金项目: 水利部公益性行业科研专项经费资助项目（201301093）；华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室自主研究课题项目（2014ZC09）

作者简介:
喻海军（1988-），男，湖北大悟人，博士研究生，主要从事计算水力学研究。E-mail: leivi@gmx.com

通讯作者: 黄国如，E-mail： huanggr@scut.edu.cn

收稿日期: 2014-01-20
刊出日期: 2014-07-25

中图分类号: TV131

关键词:

双时间步法 /

二维浅水方程 /

有限体积法 /

非结构网格

摘要: 针对传统算法效率低的问题，将隐式双时间步法应用于求解二维浅水方程，建立了非结构网格下高效的有限体积模型。在应用双时间步法时，虚拟时间层中的定常问题采用高效的隐式LU-SGS（Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel）方法进行迭代求解。通过模拟计算4个典型算例以及与传统显式算法进行比较，对模型精度、效率及处理实际问题能力进行检验，分析了时间步长、内迭代次数对模型性能的影响。结果表明，双时间步法放宽了稳定性对时间步长的限制，时间步长可取到显式格式10倍以上，计算耗时减少了50%以上，模型具有良好精度与适应性，具有较好的推广应用价值。

English Abstract

喻海军, 黄国如, 武传号. 双时间步法在二维浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2014, 25(4): 542-549.

引用本文:

喻海军, 黄国如, 武传号. 双时间步法在二维浅水方程求解中的应用[J]. 水科学进展, 2014, 25(4): 542-549.

YU Haijun, HUANG Guoru, WU Chuanhao. Application of dual time-step algorithm for 2-D shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(4): 542-549.

Citation:

YU Haijun, HUANG Guoru, WU Chuanhao. Application of dual time-step algorithm for 2-D shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2014, 25(4): 542-549.

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