求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法

本文给出了一种数值求解变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分方法.我们首先将模型方程变形,借助常系数对流扩散方程的指数型高精度紧致差分格式,采用残量修正法得到变系数对流扩散反应方程的指数型高精度紧致差分格式;并从理论上分析了当Pelect数很大时,本文格式达到四阶计算精度时网格步长的限制条件;离散得到的代数方程组可采用追赶法直接求解.数值实验结果与理论分析完全吻合,表明了本文格式对于边界层问题或大梯度变化的物理量求解问题具有的高精度和鲁棒性的优点.     

一维非定常对流扩散方程非均匀网格上的高精度紧致差分格式

本文在非均匀网格上给出了求解非定常对流扩散方程的一种高精度紧致差分格式,特别适合边界层和大梯度等问题的求解.从稳态对流扩散方程入手,首先,基于非均匀网格上的泰勒级数展开对空间导数项进行离散,然后对时间项采用二阶向后欧拉差分公式,从而得到一维非定常对流扩散方程在非均匀网格上的三层全隐式紧致差分格式.新格式在时间具有二阶精度,空间具有三到四阶精度,并且是无条件稳定的.最后,通过数值实验验证了本文格式的精确性,以及在处理诸如边界层和大梯度问题上的优势.     

求解对流扩散方程的一致高精度非振荡特征差分方法

把特征差分法和一致高精度非振荡插值相结合，提出了求解对流占优扩散问题的一致高精度非振荡特征差分格式，避免了标准的特征差分格式在陡峭前缘附近产生的伪振荡，给出了非线性差分格式的误差估计及数值算例。     

非等距网格上一维对流扩散方程的保正格式

对流扩散方程广泛存在于很多领域,为适应一些实际问题模型的求解,对离散格式,不仅要求满足一些基本性质,如稳定性和解的存在唯一性等,还要求离散格式的保正性．采用有限体积格式求解对流扩散方程的工作较少,但在保正性方面所做的工作不多．本文构造了任意非等距网格上一维对流扩散方程的非线性保正有限体积格式．其中,扩散通量的离散,在等距网格上,当扩散系数为标量时可退化为标准的二阶中心差分格式．而对流通量的离散,为避免数值振荡而使其保持迎风特性,提出一种新的方法使格式精度提高到二阶．该方法在上游单元中心处作泰勒级数展开,通过相关辅助未知量来完成梯度的重构,并对出负情形作正性校正,使得格式满足保正性要求．新格式只含有区间单元中心未知量,并满足区间端点处通量的局部守恒性．数值结果表明,本文所提格式是有效的,对于处理扩散占优、对流占优问题,扩散系数连续和间断情形均具有良好的适应性,并且保持二阶精度．另外,新格式适用于扩散系数间断问题的求解．     

一维非线性对流占优扩散方程特征差分法的两重网格算法

针对一维非线性对流扩散方程，构造了特征差分的两重网络算法，并给出了误差估计和数值算例。此方法是先在粗网格上计算非线性问题，再在细网格上计算线性问题，数值算例表明，在计算精度保持不变的情况下，此算法可以极大提高非线性对流扩散问题的计算效率。     

改进的高阶加权紧致非线性差分格式

基于中心紧致三对角系数矩阵的四阶、六阶格式，通过非线性组合五阶WENO差分格式大模板和两个对称小模板对网格半节点函数值的插值计算，得到求解双曲守恒律方程的四阶、五阶加权紧致非线性差分格式。线性对流方程的计算结果验证了格式的计算精度和计算效率；一维无粘Burgers方程的计算结果验证了格式分辨率；一、二维欧拉方程的计算结果验证了格式对非线性问题中激波间断的捕捉能力。所有数值实验均表明，构造的新格式是一个高效、高精度、高分辨率的激波捕捉格式。     

三维Helmholtz方程的高阶隐式紧致差分方法

本文基于二阶导数的四阶Pade型紧致差分逼近式,并结合原方程本身,得到了三维Helmholtz方程的一种四阶精度的隐式紧致差分格式,该格式在每个空间方向上只涉及到三个点处的未知量及其二阶导数值。边界处对于二阶导数的离散格式利用四阶显式偏心格式。然后,利用Richardson外推法、算子插值法及二阶导数在边界点处的六阶显式偏心格式,将本文构造的格式精度提高到六阶。最后,通过数值实验验证了本文方法的精确性和可靠性。     

二维对流扩散方程的二阶精度特征差分格式

针对二维对流扩散方程提出了几类二阶精度特征差分格式,给出了这些格式形成的线性代数方程组可解的充分条件,分析证明了这些格式按离散L^2模是二阶收敛的。最后,具体算例表明这些格式对于对流扩散方程有良好的计算效果。     

对流扩散方程的基于加权本质非振荡插值的调整对流的修正特征差分解法

本文把J．Douglas提出的调整对流的修正特征差分法(MMOCAA,Numer．Math,1999,83：3553691和加权本质非振荡WENO插值相结合,提出了求解对流扩散方程的WENO-MMOCAA差分方法。此方法避免了原来基于高次(≥2)Lagrange插值的MMOCAA差分方法在解的大梯度附近所产生的震荡。本文给出了格式的误差估计及数值例子。     

美式分期付款期权定价模型的有限差分法北大核心CSCD

由于Black-Scholes微分算子是对流占主的微分算子,对其在等距网格上应用中心差分格式离散会导致数值解产生非物理震荡.本文对连续支付美式分期付款期权定价模型构造了基于自适应网格的有限差分策略,它采用中心差分格式离散空间变量导数项,构造分片一致网格使得与离散算子相应的系数矩阵为M-阵,以保证所构造差分策略对于任意波动率和任意利率都是无穷模意义下稳定的.应用光滑化技巧来有效处理终值条件的不光滑性,通过区分不同网格点集,在相应的网格点集上应用极大模原理来直接导出误差估计,证得此有限差分策略是关于标的资产价格二阶收敛的,并且利用数值解求得美式分期付款期权的最优执行边界和最优终止边界,数值实验证实了理论结果的准确性.