In this paper, we consider a two-dimensional fractional space-time diffusion equation (2DFSTDE) on a finite domain. We examine an implicit difference approximation to solve the 2DFSTDE. Stability and convergence of the method are discussed. Some numerical examples are presented to show the application of the present technique.
This paper presents a new difference scheme for numerical solution of stiff system of ODE’s. The present study is mainly motivated to develop an absolutely stable numerical method with a high order of approximation. In this work a double implicit A-stable difference scheme with the sixth order of approximation is suggested. Another purpose of this study is to introduce automatic choice of the integration step size of the difference scheme which is derived from the proposed scheme and the one step scheme of the fourth order of approximation. The algorithm was tested by means of solving the Kreiss problem and a chemical kinetics problem. The behavior of the gas explosive mixture (H₂+ O₂) in a closed space with a mobile piston is considered in test problem 2. It is our conclusion that a hydrogen-operated engine will permit to decrease the emitted levels of hazardous atmospheric pollutants.
In this paper, A Riesz fractional diffusion equation with a nonlinear source term (RFDE-NST) is considered. This equation is commonly used to model the growth and spreading of biological species. According to the equivalent of the Riemann-Liouville(R-L) and $Gr\ddot{u}nwald$-Letnikov(G-L) fractional derivative definitions, an implicit difference approximation (IFDA) for the RFDE-NST is derived. We prove the IFDA is unconditionally stable and convergent. In order to evaluate the efficiency of the IFDA, a comparison with a fractional method of lines (FMOL) is used. Finally, two numerical examples are presented to show that the numerical results are in good agreement with our theoretical analysis.
In this paper, we present an accurate and stable method for the solution of the transient electromagnetic response from the conducting wire structures using the time domain integral equation. By using an implicit scheme with the central finite difference approximation for the time domain electric field integral equation, we obtain the transient response from a wire scatterer illuminated by a plane wave and a conducting wire antenna with an impressed voltage source. Also, we consider a wire above a 3-dimensional conducting object. Numerical results are presented, which show the validity of the presented methodology, and compared with a conventional method using backward finite difference approximation.
본 논문은 기존의 1차원 Stefan 문제를 해석할 수 있는 이동최소제곱 차분법을 확장하여 복잡한 계면경계 형상을 갖는 2차원 문제에 적용할 수 있는 수치기법을 개발한다. 1차원 경우와 달리 2차원 영역에서 임의로 움직이는 이동경계의 위상변화를 효과적으로 모델링할 수 있는 기법을 제안했으며, 이동경계 모사시 절점만 사용하는 이동최소제곱 차분법의 강점을 그대로 살리면서 이동경계의 불연속 특이성과 kinetics 조건을 정확하게 만족시키는 이동최소제곱 미분근사식을 제시했다. 평형방정식은 implicit(음해)법으로 차분하여 수치 안정성을 확보했으며, 이동경계는 explicit(양해)법으로 update하여 계산효율성의 극대화했다. 몇 가지 수치예제를 통해 개발된 이동최소제곱 차분법이 다양한 계면경계 형상을 갖는 2차원 Stefan 문제를 정확하고 효율적으로 풀 수 있음을 검증했다.
질량보존의 법칙과 Darcy의 법칙으로 표현되는 Richards 방정식은 비포화대의 토양수분흐름을 모의하는데 널리 사용되어 왔다. Richards 방정식은 압력수두의 항으로 표현되는 방정식, 토양수분의 항으로 표현되는 방정식, 그리고 이 둘을 혼합한 형태의 방정식 등, 세가지 형태로 표현할 수 있다. 고차의 비선형 항들을 포함하는 이 편미분방정식들을 수치해석방법으로 풀 때, 질량 비보존을 수반하는 오류의 결과가 초래될 수 있다. 세가지 방정식들 중 혼합형 Richards 방정식이, 다른 추가적인 계산없이 질량을 온전히 보존하는 것으로 알려져 있다. 이 연구의 목적은 동질성 토양에서의 1차원적 연직방향 비포화수 흐름모의를 위해, Richards 방정식의 질량보존적 수치해석법을 완전음해 유한차분법으로 개발하고, 이를 통해 민감도 분석을 실시하여 토양특성인자들과 토양종류에 따른 침투율의 변화를 살펴보는 데 있다.
A computational method for solving singularly perturbed boundary value problem of differential equation with shift arguments of mixed type is presented. When shift arguments are sufficiently small (o(ε)), most of the existing method in the literature used Taylor's expansion to approximate the shift term. This procedure may lead to a bad approximation when the delay argument is of O(ε). The main idea for this work is to deal with constant shift arguments, which are independent of ε. In the present method, we construct the formally asymptotic solution of the problem using the method of composite expansion. The reduced problem is solved numerically by using operator compact implicit method, and the second problem is solved analytically. Error estimate is derived by using the maximum norm. Numerical examples are provided to support the theoretical results and to show the efficiency of the proposed method.
Mirzaee, Morteza Khosravi;Zolfaghari, A.;Minuchehr, A.
Nuclear Engineering and Technology
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제52권2호
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pp.230-237
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2020
In this part, an implicit time dependent solution is presented for the Boltzmann transport equation discretized by the analytic coarse mesh finite difference method (ACMFD) over the spatial domain as well as the simplified P3 (SP3) for the angular variable. In the first part of this work we proposed a SP3-ACMFD approach to solve the static eigenvalue equations which provide the initial conditions for temp dependent equations. Having solved the 3D multi-group SP3-ACMFD static equations, an implicit approach is resorted to ensure stability of time steps. An exponential behavior is assumed in transverse integrated equations to establish a relationship between flux moments and currents. Also, analytic integration is benefited for the time-dependent solution of precursor concentration equations. Finally, a multi-channel one-phase thermal hydraulic model is coupled to the proposed methodology. Transient equations are then solved at each step using the GMRES technique. To show the sufficiency of proposed transient SP3-ACMFD approximation for a full core analysis, a comparison is made using transport peers as the reference. To further demonstrate superiority, results are compared with a 3D multi-group transient diffusion solver developed as a byproduct of this work. Outcomes confirm that the idea can be considered as an economic interim approach which is superior to the diffusion approximation, and comparable with transport in results.
This paper presents a method to predict the transient characteristic of the air lubricated slider head in a hard disk drive by using optimization technique. The time dependent modified Reynolds equation based on the molecular slip flow approximation equations was used to describe the fluid flow within the air bearing and the implicit finite difference scheme is applied to calculate the pressure distribution under the slider head. The exhaustive search combined with the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno method were employed to obtain optimum design variables which are taper angle, rail width and taper length in order to keep the forces and moments acting on the slider head in dynamic equilibrium. The results show that the optimal head slider of the magnetic head has good stability characteristic that can reach the steady state within 0.5 microsecond.
The 3-dimensional unsteady compressible flows around the high speed train have been simulated for the train entering a tunnel and for passing another train. The simulation method employs the implicit approximation-factorization finite difference algorithm for the inviscid Euler equations in general curvilinear coordinates. A moving grid scheme is applied in order to resolve the train movement relative to the tunnel and the other train. The velo-city and pressure fields and pressure drag are calculated to study the effects of tunnel and the other train. The side directional force which is time dependent is also computed for the passing train. Pressure distribution shows that the compression wave is generated in front of the train noise just after the tunnel entrance and proceeds along the inside of tunnel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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