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

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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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