计算物理 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 202-210.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8858
收稿日期:
2023-11-01
出版日期:
2025-03-25
发布日期:
2025-04-08
作者简介:
李双贵, 博士, 副研究员, 从事辐射输运计算方法与数值模拟工作, Email: lishg@iapcm.ac.cn
基金资助:
Received:
2023-11-01
Online:
2025-03-25
Published:
2025-04-08
摘要:
采用二阶向后微分公式时间离散, 分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法, 构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式, 迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时间离散方法比较, 数值解误差相当时, 二阶时间精度的迭代算子分裂方法时间步长大一个量级, 计算量几乎没有增加, 程序实现容易且健壮性好, 可有效提高ICF物理模型数值模拟的计算效率。
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Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os_Euler) | Order |
2.5×10-3 | 6.98×10-3 | 3.51×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.39×10-2 | 0.99 | 6.93×10-2 | 0.98 |
1.0×10-2 | 2.76×10-2 | 0.99 | 0.13 | 0.91 |
2.0×10-2 | 5.40×10-2 | 0.97 | 0.25 | 0.94 |
4.0×10-2 | 0.11 | 1.03 | failure |
表1 一阶时间离散分裂方法针对测试算例1的数值收敛阶
Table 1 Numerical converged order of test 1 with splitting method of first-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os_Euler) | Order |
2.5×10-3 | 6.98×10-3 | 3.51×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.39×10-2 | 0.99 | 6.93×10-2 | 0.98 |
1.0×10-2 | 2.76×10-2 | 0.99 | 0.13 | 0.91 |
2.0×10-2 | 5.40×10-2 | 0.97 | 0.25 | 0.94 |
4.0×10-2 | 0.11 | 1.03 | failure |
Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os_Euler) | Order |
2.5×10-3 | 5.29×10-3 | 3.61×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.05×10-2 | 0.99 | 7.33×10-2 | 1.02 |
1.0×10-2 | 2.10×10-2 | 1.00 | 0.15 | 1.03 |
2.0×10-2 | 4.13×10-2 | 0.98 | failure | |
4.0×10-2 | 8.13×10-2 | 0.98 | failure |
表2 一阶时间离散分裂方法针对测试算例2的数值收敛阶
Table 2 Numerical converged order of test 2 with splitting method of first-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os_Euler) | Order |
2.5×10-3 | 5.29×10-3 | 3.61×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.05×10-2 | 0.99 | 7.33×10-2 | 1.02 |
1.0×10-2 | 2.10×10-2 | 1.00 | 0.15 | 1.03 |
2.0×10-2 | 4.13×10-2 | 0.98 | failure | |
4.0×10-2 | 8.13×10-2 | 0.98 | failure |
Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os-Euler) | Order |
2.5×10-3 | 6.72×10-3 | 3.53×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.34×10-2 | 1.00 | 6.96×10-2 | 0.98 |
1.0×10-2 | 2.66×10-2 | 0.99 | 0.14 | 1.01 |
2.0×10-2 | 5.21×10-2 | 0.97 | 0.25 | 0.84 |
4.0×10-2 | failure | failure |
表3 一阶时间离散分裂方法针对测试算例3的数值收敛阶
Table 3 Numerical converged order of test 3 with splitting method of first-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_Euler) | Order | L∞ (Os-Euler) | Order |
2.5×10-3 | 6.72×10-3 | 3.53×10-2 | ||
5.0×10-3 | 1.34×10-2 | 1.00 | 6.96×10-2 | 0.98 |
1.0×10-2 | 2.66×10-2 | 0.99 | 0.14 | 1.01 |
2.0×10-2 | 5.21×10-2 | 0.97 | 0.25 | 0.84 |
4.0×10-2 | failure | failure |
Δt | L∞ (Ios_Euler) | order | L∞ (Os-Euler) | Order |
2.5×10-3 | 2.12×10-3 | 3.32×10-3 | ||
5.0×10-3 | 4.23×10-3 | 1.00 | 6.66×10-2 | 1.00 |
1.0×10-2 | 8.44×10-3 | 1.00 | 1.34×10-2 | 1.01 |
2.0×10-2 | 1.69×10-2 | 1.02 | 2.71×10-2 | 1.02 |
4.0×10-2 | 3.34×10-2 | 0.98 | 5.60×10-2 | 1.05 |
表4 一阶时间离散分裂方法针对测试算例4的数值收敛阶
Table 4 Numerical converged order of test 4 with splitting method of first-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_Euler) | order | L∞ (Os-Euler) | Order |
2.5×10-3 | 2.12×10-3 | 3.32×10-3 | ||
5.0×10-3 | 4.23×10-3 | 1.00 | 6.66×10-2 | 1.00 |
1.0×10-2 | 8.44×10-3 | 1.00 | 1.34×10-2 | 1.01 |
2.0×10-2 | 1.69×10-2 | 1.02 | 2.71×10-2 | 1.02 |
4.0×10-2 | 3.34×10-2 | 0.98 | 5.60×10-2 | 1.05 |
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 5.37×10-6 | 2.14×10-5 | 1.36×10-4 | |||
5.0×10-3 | 2.14×10-5 | 1.99 | 8.54×10-5 | 2.00 | 5.30×10-4 | 1.96 |
1.0×10-2 | 8.54×10-5 | 2.00 | 3.39×10-4 | 1.99 | 2.01×10-3 | 1.92 |
2.0×10-2 | 3.40×10-4 | 1.99 | 1.34×10-3 | 1.98 | 7.35×10-3 | 1.87 |
4.0×10-2 | 1.33×10-3 | 1.97 | 5.16×10-3 | 1.95 | 2.52×10-2 | 1.78 |
表5 二阶时间离散分裂方法针对测试算例1的数值收敛阶
Table 5 Numerical converged order of test 1 with splitting method of second-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 5.37×10-6 | 2.14×10-5 | 1.36×10-4 | |||
5.0×10-3 | 2.14×10-5 | 1.99 | 8.54×10-5 | 2.00 | 5.30×10-4 | 1.96 |
1.0×10-2 | 8.54×10-5 | 2.00 | 3.39×10-4 | 1.99 | 2.01×10-3 | 1.92 |
2.0×10-2 | 3.40×10-4 | 1.99 | 1.34×10-3 | 1.98 | 7.35×10-3 | 1.87 |
4.0×10-2 | 1.33×10-3 | 1.97 | 5.16×10-3 | 1.95 | 2.52×10-2 | 1.78 |
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 4.04×10-6 | 1.61×10-5 | 3.49×10-3 | |||
5.0×10-3 | 1.61×10-5 | 1.99 | 6.43×10-5 | 2.00 | 7.91×10-3 | 1.18 |
1.0×10-2 | 6.40×10-5 | 1.99 | 2.53×10-4 | 1.98 | 1.69×10-2 | 1.10 |
2.0×10-2 | 2.56×10-4 | 2.00 | 1.00×10-3 | 1.98 | 3.51×10-3 | 1.05 |
4.0×10-2 | 1.00×10-3 | 1.97 | 3.86×10-3 | 1.95 | 7.14×10-2 | 1.02 |
表6 二阶时间离散分裂方法针对测试算例2的数值收敛阶
Table 6 Numerical converged order of test 2 with splitting method of second-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 4.04×10-6 | 1.61×10-5 | 3.49×10-3 | |||
5.0×10-3 | 1.61×10-5 | 1.99 | 6.43×10-5 | 2.00 | 7.91×10-3 | 1.18 |
1.0×10-2 | 6.40×10-5 | 1.99 | 2.53×10-4 | 1.98 | 1.69×10-2 | 1.10 |
2.0×10-2 | 2.56×10-4 | 2.00 | 1.00×10-3 | 1.98 | 3.51×10-3 | 1.05 |
4.0×10-2 | 1.00×10-3 | 1.97 | 3.86×10-3 | 1.95 | 7.14×10-2 | 1.02 |
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 5.37×10-6 | 2.14×10-5 | 1.38×10-4 | |||
5.0×10-3 | 2.14×10-5 | 1.99 | 8.54×10-5 | 2.00 | 5.37×10-4 | 1.96 |
1.0×10-2 | 8.54×10-5 | 2.00 | 3.39×10-4 | 1.99 | 2.04×10-3 | 1.93 |
2.0×10-2 | 3.40×10-4 | 1.99 | 1.34×10-3 | 1.98 | 7.47×10-3 | 1.87 |
4.0×10-2 | 1.33×10-3 | 1.97 | 5.16×10-3 | 1.95 | 2.57×10-2 | 1.78 |
表7 二阶时间离散分裂方法针对测试算例3数值收敛阶
Table 7 Numerical converged order of test 3 with splitting method of second-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 5.37×10-6 | 2.14×10-5 | 1.38×10-4 | |||
5.0×10-3 | 2.14×10-5 | 1.99 | 8.54×10-5 | 2.00 | 5.37×10-4 | 1.96 |
1.0×10-2 | 8.54×10-5 | 2.00 | 3.39×10-4 | 1.99 | 2.04×10-3 | 1.93 |
2.0×10-2 | 3.40×10-4 | 1.99 | 1.34×10-3 | 1.98 | 7.47×10-3 | 1.87 |
4.0×10-2 | 1.33×10-3 | 1.97 | 5.16×10-3 | 1.95 | 2.57×10-2 | 1.78 |
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 4.38×10-7 | 1.76×10-6 | 5.87×10-6 | |||
5.0×10-3 | 1.75×10-6 | 2.00 | 7.01×10-6 | 1.99 | 2.33×10-5 | 1.99 |
1.0×10-2 | 7.01×10-6 | 2.00 | 2.80×10-5 | 2.00 | 9.22×10-5 | 1.98 |
2.0×10-2 | 2.81×10-5 | 2.00 | 1.12×10-4 | 2.00 | 3.60×10-4 | 1.97 |
4.0×10-2 | 0.12×10-4 | 2.09 | 4.46×10-4 | 1.99 | 1.38×10-3 | 1.94 |
表8 二阶时间离散分裂方法针对测试算例4的数值收敛阶
Table 8 Numerical converged order of test 4 with splitting method of one-order time accuracy
Δt | L∞ (Ios_CN) | Order | L∞ (Ios_BDF2) | Order | L∞ (Os_BDF2) | Order |
2.5×10-3 | 4.38×10-7 | 1.76×10-6 | 5.87×10-6 | |||
5.0×10-3 | 1.75×10-6 | 2.00 | 7.01×10-6 | 1.99 | 2.33×10-5 | 1.99 |
1.0×10-2 | 7.01×10-6 | 2.00 | 2.80×10-5 | 2.00 | 9.22×10-5 | 1.98 |
2.0×10-2 | 2.81×10-5 | 2.00 | 1.12×10-4 | 2.00 | 3.60×10-4 | 1.97 |
4.0×10-2 | 0.12×10-4 | 2.09 | 4.46×10-4 | 1.99 | 1.38×10-3 | 1.94 |
Δt | Num_Iters (Ios_CN) | Num_Iters (Ios_Euler) | Num_Iters(Ios_BDF2) |
2.5×10-3 | 22 139 | 21 388 | 21 002 |
5.0×10-3 | 11 684 | 11 523 | 11 254 |
1.0×10-2 | 6 166 | 6 127 | 5 970 |
2.0×10-2 | 3 297 | 3 455 | 3 264 |
4.0×10-2 | 1 949 | 1 903 | 1 825 |
表9 不同时间离散分裂方法求解测试算例4的非线性迭代次数统计
Table 9 Total nonlinear iterations of test 4 with different splitting method
Δt | Num_Iters (Ios_CN) | Num_Iters (Ios_Euler) | Num_Iters(Ios_BDF2) |
2.5×10-3 | 22 139 | 21 388 | 21 002 |
5.0×10-3 | 11 684 | 11 523 | 11 254 |
1.0×10-2 | 6 166 | 6 127 | 5 970 |
2.0×10-2 | 3 297 | 3 455 | 3 264 |
4.0×10-2 | 1 949 | 1 903 | 1 825 |
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