斜对称多网格格式(Skew-Symmetric MFS)和多项式谐波型方法在求解三维斯托克斯方程(Three-Dimensional Stokes Equations)中的应用

《Mathematics》:Skew-Symmetric MFS and Harmonic-Polynomial-Type Methods to Solve the Three-Dimensional Stokes Equations

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月01日 来源:Mathematics 2.3

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基于一种新的通用解决方案,我们推导出三种偏对称变体的基本解法(MFS),用于求解三维斯托克斯方程:对称/偏对称MFS(SSMFS)、分离MFS(SeMFS)(作为传统MFS的扩展,增加了偏对称部分),以及对称/偏对称分离MFS(SSeMFS)(在SSMFS的基础上进一步添加了偏对称分量)。在这些方法中,使用了一个与Oseen张量相互交织的偏对称张量来规范化Stokeslet。数值实验表明,SeMFS和SSeMFS的性能优于传统MFS,收敛速度更快,精度提高了大约一个数量级。我们构造了六类具有丰富性质的第k阶齐次谐波多项式,将这些多项式排列成两个谐波向量,然后分别代入Liu–Hsu–Tsai公式得到LHT方法(LHTM),代入Liu–Tsai公式得到LT方法(LTM),以及代入Slabodyanskii公式得到Slabodyanskii方法(SM)。这些方法通过简单的配置技术求解斯托克斯方程,并施加预设的边界条件。此外,我们还通过积分方法(IM)推导出斯托克斯方程的特解。通过六个数值案例(包括一个基准的三维盖驱动腔问题)来评估这些新开发的谐波多项式类型方法的效率和精度。结果表明,这些方法比MFS类型的方法更为优越,精度提高了几个数量级,同时收敛速度也显著加快。
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