理论教育 有限体积法离散结果的高效迭代算法

有限体积法离散结果的高效迭代算法

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:有限体积法离散结果是一组代数方程,方程组的阶数取决于所要求解问题的空间维度、离散网格的疏密程度以及单个结点上所要求解的场变量个数。前已述及,求解代数方程组的方法通常可归结为两类,一类为直接解法,另一类为迭代解法。对于有限线体积法得到的离散代数方程组而言,前述的几种迭代算法都不是高效的迭代算法。

有限体积法离散结果的高效迭代算法

有限体积法离散结果是一组代数方程,方程组的阶数取决于所要求解问题的空间维度、离散网格的疏密程度以及单个结点上所要求解的场变量个数。通常流动或传热传质问题离散所得的代数方程的个数是相当多的,求解大规模代数方程组要占用相当多的计算机资源,同时也相当耗时,因此,寻找高效省时且节省计算机资源的求解方法就成为人们关心的问题。

前已述及,求解代数方程组的方法通常可归结为两类,一类为直接解法,另一类为迭代解法。典型的直接解法如高斯消元法等。若代数方程具备某些特点,若系数矩阵对称正定,可采用比较高效的直接解法,如LU分解、LDLT分解等解法。常用的迭代解法则有雅克比迭代法、高斯赛德尔迭代法、超(亚)松弛迭代等。一般来讲,对于一个有N个方程和要求解N个未知数的代数方程系统,直接解法需要做N3量级的计算步骤,并需要N2量级的存储空间。而迭代解法一般事先不知道计算工作量的大小,也不能保证求解过程收敛,但迭代解法通常占用较少的计算机存储量,有利于小机器求解大问题。对于一个给定的代数方程组,直接解法与迭代解法哪个更有效取决于代数方程组的大小和性质。一般来讲,当方程组中方程的个数足够多时,迭代解法可能更省时,若为非线性方程组,则迭代解法效果可能更好。(www.daowen.com)

有限体积法得到的离散代数方程组的求解多采用迭代解法,这是由于流动和传热问题的复杂性,通常要了解求解域内流体的更多细节,离散网格不能划分得过于粗糙,通常计算规模比较大,方程数目很多,采用迭代法可节省存储空间,利用有限的计算机资源求解大规模计算问题。对于有限线体积法得到的离散代数方程组而言,前述的几种迭代算法都不是高效的迭代算法。前面我们讨论的一维情况下采用一阶差分格式,最后得到的都是三对角方程,即方程组中每一个方程只有三个非零系数。对这样的方程组,有一个非常有效的求解方法,即TDMA算法(Tridiagonal matrix algorithm)。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈