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JFNK方法概述及其在大气全隐式非静力模式中的应用方案 被引量:5
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作者 陈嘉滨 纪立人 +1 位作者 陈长胜 薛纪善 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第5期821-833,共13页
首先介绍了近年来新发展的非线性方程全隐式数值求解的JFNK方法,及其在地球流体力学方面应用计算实例。可看到,无论在计算精度还是计算效率方面,全隐式数值求解远远超过常规的半隐式计算格式。其次,还讨论了JFNK方法在气象非静力模式中... 首先介绍了近年来新发展的非线性方程全隐式数值求解的JFNK方法,及其在地球流体力学方面应用计算实例。可看到,无论在计算精度还是计算效率方面,全隐式数值求解远远超过常规的半隐式计算格式。其次,还讨论了JFNK方法在气象非静力模式中应用方案,并提出了用静力假定和半隐式差分格式来构造预条件处理器,变三维求解为二维求解,简化了方程组求解难度。该方案不仅可用于差分模式,也为用譜方法求解非静力模式提供可能。 展开更多
关键词 jfnk方法 非线性方程 预条件处理器 全隐式 非静力模式
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JFNK方法在求解全隐式一维非线性平流方程中的应用 被引量:3
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作者 陈长胜 纪立人 +1 位作者 陈嘉滨 王盘兴 《大气科学》 CSCD 北大核心 2007年第5期963-972,共10页
JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由Newton迭代方法和Krylov子空间迭代方法构成的嵌套迭代方法。作者以全隐式差分的一维非线性平流方程(亦称无粘Burgers方程)探讨采用全隐式格式计算的必要性和JFNK方法的有效性。模拟结果表明... JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由Newton迭代方法和Krylov子空间迭代方法构成的嵌套迭代方法。作者以全隐式差分的一维非线性平流方程(亦称无粘Burgers方程)探讨采用全隐式格式计算的必要性和JFNK方法的有效性。模拟结果表明,隐式结果比显式和半隐式结果在稳定度和精度方面较大的优越性,特别是模拟气流强的系统以及要素空间分布具有较大梯度的系统。 展开更多
关键词 jfnk方法 一维非线性平流方程 全隐式差分
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JFNK方法迭代过程与物理约束 被引量:3
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作者 安恒斌 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期654-660,共7页
对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算法... 对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算法求解二维三温能量方程,可以保证在迭代过程中不会出现负温度问题,使JFNK方法的健壮性得到提高. 展开更多
关键词 jfnk Newton-Krylov方法 迭代方法 物理约束 二维三温能量方程
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预处理JFNK方法及其在大气方程中的初步应用 被引量:1
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作者 王光辉 谷湘潜 公敬 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2012年第1期13-19,共7页
为提高数值求解大气方程的速度,研究了预处理JFNK(Jacobian-Free Newton-Krylov)方法及其在大气方程中的应用。这是一种非线性外循环Newton迭代与线性内循环Krylobv迭代相结合的快速算法,其优点是进行外循环Newton迭代时不要求Jacobian... 为提高数值求解大气方程的速度,研究了预处理JFNK(Jacobian-Free Newton-Krylov)方法及其在大气方程中的应用。这是一种非线性外循环Newton迭代与线性内循环Krylobv迭代相结合的快速算法,其优点是进行外循环Newton迭代时不要求Jacobian矩阵的形成和存储;它的有效性取决于内循环中线性系统的预处理。首先介绍了JFNK算法,然后以浅水波方程为例,描述了非线性残值的形成、预处理矩阵的构造及其在JFNK算法中的应用。试验结果表明:对内循环线性系统进行适当的预处理,能大幅度提高JFNK算法的运算速度。因而,JFNK是一种值得在大气方程中推广应用的方法。 展开更多
关键词 全隐式非线性格式 jfnk算法 预处理方法 浅水波方程 NEWTON迭代法
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面向高阶精度CFD的JFNK算法及其并行计算 被引量:2
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作者 程彬 李大力 +3 位作者 徐传福 刘巍 王光学 邓小刚 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2017年第1期61-69,共9页
目前计算效率低是限制计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)高阶精度格式方法的重要因素之一。由于高阶精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS(lowerupper symmetric Gauss-Seidel)等算... 目前计算效率低是限制计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)高阶精度格式方法的重要因素之一。由于高阶精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS(lowerupper symmetric Gauss-Seidel)等算法的收敛效率。JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)算法是Krylov子空间方法与非精确牛顿方法的结合,拥有较好的迭代收敛效率,采用无矩阵思想,只计算Jacobian矩阵与矢量的乘积,从而有效避免Jacobian矩阵的计算和存储。在真实高精度结构网格CFD应用程序中,设计并实现了JFNK时间求解算法。在有粘低速圆柱绕流的算例测试中,和传统LU-SGS算法相比,JFNK算法拥有更好的计算稳定性,同时可使迭代收敛效率提高2倍以上。以天河2号超级计算机为并行计算平台,对JFNK算法和传统的LU-SGS算法的并行强可扩展性进行了测试,二者均表现出良好的并行效率。 展开更多
关键词 高阶精度格式 jfnk算法 计算效率 可扩展性
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基于中子扩散方程的JFNK方法研究 被引量:2
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作者 李治刚 安萍 +3 位作者 贺涛 刘威 芦韡 余红星 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期67-73,共7页
将中子扩散方程采用有限差分法离散成广义特征值问题,采用JFNK方法进行求解,同时采用LRA基准题和无限平板基准题对JFNK方法进行了验证,并基于单棒例题对JFNK方法的微扰量、预处理矩阵等关键技术进行了研究,结果表明:JFNK方法求解中子扩... 将中子扩散方程采用有限差分法离散成广义特征值问题,采用JFNK方法进行求解,同时采用LRA基准题和无限平板基准题对JFNK方法进行了验证,并基于单棒例题对JFNK方法的微扰量、预处理矩阵等关键技术进行了研究,结果表明:JFNK方法求解中子扩散方程具有良好的精度和收敛效率;在差分构造雅阁比向量时,微扰量在10-5附近时与解析构造雅阁比向量的效果相当;采用中子扩散方程对应的完整雅阁比矩阵作为预处理矩阵的加速效果更好;源迭代次数超过一定值后,源迭代计算结果作为初值带来的加速效果逐渐减弱。 展开更多
关键词 jfnk方法 中子扩散方程 有限差分 微扰量 预处理矩阵 源迭代
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基于算符分裂、Picard和JFNK统一耦合框架COME求解不同核反应堆模型的研究 被引量:1
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作者 周夏峰 钟昌明 +5 位作者 张杨奕 章运山 曾伟 汤琪芬 强胜龙 宫兆虎 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期7-18,共12页
核反应堆多物理场多尺度耦合研究是核能领域研究的难点和热点,尤其是针对核反应堆具有温度、功率、密度等物理量变化剧烈、耦合工况复杂的庞大多维、强非线性耦合系统,目前的耦合计算程序时常存在收敛慢甚至不收敛等问题,这给新一代耦... 核反应堆多物理场多尺度耦合研究是核能领域研究的难点和热点,尤其是针对核反应堆具有温度、功率、密度等物理量变化剧烈、耦合工况复杂的庞大多维、强非线性耦合系统,目前的耦合计算程序时常存在收敛慢甚至不收敛等问题,这给新一代耦合计算程序开发带来诸多挑战和困难。近年来华中科技大学虚拟反应堆耦合分析实验室基于算符分裂、Picard迭代和JFNK等多种耦合方法,初步开发了统一耦合计算框架COME。本文首先详细分析了COME中的耦合方法、总体框架和通用接口等主要特点,之后基于COME分别求解了核反应堆中子输运/扩散模型、堆芯热工子通道耦合模型、系统分析程序两相流耦合模型以及复杂物理热工耦合模型等多个耦合问题,并对比不同耦合方法的收敛性和计算效率等,为提高真实复杂多物理耦合程序的计算稳定性和收敛特性提供方法指导和开发建议。 展开更多
关键词 多物理场耦合 算符分裂 Picard迭代 jfnk方法 耦合框架
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流水线并行JFNK方法及在中子k本征值问题中的应用 被引量:2
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作者 刘礼勋 张汉 +2 位作者 邬颖杰 郭炯 李富 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期15-22,共8页
JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是求解中子k本征值和反应堆多物理场耦合等非线性问题的高效加速方法,其中的Krylov迭代常用广义极小残差法(简称GMRES)。并行JFNK方法是实现更大规模问题求解的必要手段,其核心是解决GMRES中Gram-... JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是求解中子k本征值和反应堆多物理场耦合等非线性问题的高效加速方法,其中的Krylov迭代常用广义极小残差法(简称GMRES)。并行JFNK方法是实现更大规模问题求解的必要手段,其核心是解决GMRES中Gram-Schmidt(简称GS)正交化过程集合通信多、并行效率低的问题。本文以三维中子k本征值问题为研究对象,开发了基于消息传递接口并行编程模型和空间区域分解技术的并行JFNK方法。针对GS正交化过程并行可扩展性差的问题,分析讨论了流水线方法,以提高并行JFNK的并行效率,并对比了采用经典GS正交化的并行JFNK、采用修正GS正交化的并行JFNK和采用流水线方法的并行JFNK的计算时间和并行效率。最后选用三维扩散基准题IAEA-3D进行了数值测试,测试结果表明采用流水线方法的并行JFNK并行效率显著高于使用经典或修正GS正交化的并行JFNK,且收敛性未受影响。 展开更多
关键词 流水线方法 并行jfnk 消息传递接口(MPI) 集合通信 非阻塞通信 并行效率
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预处理Jacobian-free Newton-Krylov法在求解超导电磁场问题中的应用
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作者 马光同 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第27期175-180,24,共6页
该文阐述了Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)法的基本原理及其双端预处理形式的迭代格式,选择处于时变(非均匀)外磁场中的二维超导体为研究对象,建立了基于矢量磁位法的控制超导体电磁特性的偏微分方程及相关的非线性有限元矩阵方程... 该文阐述了Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)法的基本原理及其双端预处理形式的迭代格式,选择处于时变(非均匀)外磁场中的二维超导体为研究对象,建立了基于矢量磁位法的控制超导体电磁特性的偏微分方程及相关的非线性有限元矩阵方程和数值迭代策略。以时变外磁场中具有高尺寸比的超导薄带的交流损耗问题和永磁外场中块状高温超导体的磁悬浮问题为计算实例,在肯定计算程序有效性的基础上,检验了预处理JFNK法求解这2类典型问题时的计算性能,证实了预处理JFNK法能较为快速地求解大型超导非线性电磁场问题,可作为开发超导电磁场数值计算程序的优选方法。 展开更多
关键词 超导体 非线性有限元 Jacobian—free Newton-Krylov算法 交流损耗 磁悬浮
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求解可压缩Navier-Stokes方程的预处理JFNK方法研究 被引量:1
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作者 刘中玉 张明锋 +1 位作者 聂雪媛 杨国伟 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期101-110,共10页
为了提高可压缩雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解效率,基于多块对接结构化网格发展了求解RANS方程的Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)方法.JFNK方法将求解非线性方程的非精确Newton法和求解线性方程的Krylov子空间迭代法结合,... 为了提高可压缩雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解效率,基于多块对接结构化网格发展了求解RANS方程的Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)方法.JFNK方法将求解非线性方程的非精确Newton法和求解线性方程的Krylov子空间迭代法结合,通过非精确Newton方法中不精确条件控制不同阶段线性方程的求解精度,并利用无矩阵技术求解矩阵与向量的乘积;针对Krylov内迭代收敛停滞的问题,引入LU-SGS方法作为预处理器,降低线性系统的刚性从而大幅度提高了内迭代的计算效率.利用JFNK方法模拟NACA 0012翼型、带襟翼的NLR-7301两段翼与带发动机短舱的DLR-F6翼身组合体的绕流问题,研究不同参数对JFNK方法收敛特性的影响,对比LU-SGS研究JFNK方法的收敛速度,并对JFNK方法求解复杂绕流问题的RANS方程进行确认.结果表明,JFNK方法求解RANS方程具有良好的稳定性,相对于其他时间推进方法,JFNK方法具有更高的计算效率. 展开更多
关键词 jfnk方法 KRYLOV子空间 非精确Newton法 预处理 RANS方程
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A Jacobian-Free Newton Krylov Implicit-Explicit Time Integration Method for Incompressible Flow Problems
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作者 Samet Y.Kadioglu Dana A.Knoll 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2013年第5期1408-1431,共24页
We have introduced a fully second order IMplicit/EXplicit(IMEX)time integration technique for solving the compressible Euler equations plus nonlinear heat conduction problems(also known as the radiation hydrodynamics ... We have introduced a fully second order IMplicit/EXplicit(IMEX)time integration technique for solving the compressible Euler equations plus nonlinear heat conduction problems(also known as the radiation hydrodynamics problems)in Kadioglu et al.,J.Comp.Physics[22,24].In this paper,we study the implications when this method is applied to the incompressible Navier-Stokes(N-S)equations.The IMEX method is applied to the incompressible flow equations in the following manner.The hyperbolic terms of the flow equations are solved explicitly exploiting the well understood explicit schemes.On the other hand,an implicit strategy is employed for the non-hyperbolic terms.The explicit part is embedded in the implicit step in such a way that it is solved as part of the non-linear function evaluation within the framework of the Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)method[8,29,31].This is done to obtain a self-consistent implementation of the IMEX method that eliminates the potential order reduction in time accuracy due to the specific operator separation.We employ a simple yet quite effective fractional step projection methodology(similar to those in[11,19,21,30])as our preconditioner inside the JFNK solver.We present results from several test calculations.For each test,we show second order time convergence.Finally,we present a study for the algorithm performance of the JFNK solver with the new projection method based preconditioner. 展开更多
关键词 Incompressible flow Navier-Stokes equations IMEX method jfnk method PRECONDITIONER
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粘性Burgers方程的高阶隐式WCNS格式 被引量:1
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作者 张旭 蒋艳群 +1 位作者 陈勋 胡迎港 《数值计算与计算机应用》 2022年第2期188-201,共14页
JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由外层Newton迭代法和内层Krylov子空间迭代法构成的嵌套迭代方法.本文提出了一种基于JFNK方法的高阶隐式WCNS(weighted compact nonlinear scheme)格式,并用于求解一维、二维粘性Burgers方程.... JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由外层Newton迭代法和内层Krylov子空间迭代法构成的嵌套迭代方法.本文提出了一种基于JFNK方法的高阶隐式WCNS(weighted compact nonlinear scheme)格式,并用于求解一维、二维粘性Burgers方程.外层迭代法采用含参数的多步Newton迭代法,给出了收敛性分析,内层迭代法采用无矩阵GMRES迭代法.粘性Burgers方程的非线性对流项采用五阶WCNS格式计算.为提高方法精度和计算效率,时间离散采用三阶隐式的DIRK(diagonal implicit Runge-Kutta)方法.数值结果表明基于JFNK方法的隐式WCNS格式在时间上能达到三阶精度,与显式TVD Runge-Kutta WCNS方法相比,计算效率更高.此外,基于JFNK方法的隐式WCNS格式稳定性好,且具有良好的激波捕捉能力. 展开更多
关键词 粘性Burgers方程 jfnk方法 隐式WCNS 收敛性分析 计算效率
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