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血液流模型的well-balanced数值方法

发布时间:2020-09-01 20:16
   动脉血液流模型的高阶数值模拟在医学与生命科学领域有着重要意义。这种血液流模型属于典型的双曲平衡律方程组,该方程组保持定常解,即流通量的梯度非零,且可以被源项精确地抵消掉。在离散的状态下,能够保持流通量的梯度和源项之间的平衡的数值方法被称作well-balanced方法。本文从回顾求解双曲守恒律的间断Galerkin方法和有限体积方法的基本步骤入手,通过借助一种新的源项近似方法和well-balanced数值流通量来设计求解这种血液流模型的高阶间断Galerkin方法和高阶有限体积加权本质无振荡(WENO)格式,设计的两种数值方法能够在离散的状态下保持well-balanced性质,最后通过大量的数值实验来验证本文设计的这两种数值方法的性能。理论分析与数值实验都表明本文设计的两种数值方法不仅可以保持well-balanced性质,而且具有高阶精度。此外,即使基于较粗网格仍能保持光滑解和间断解的高分辨率。
【学位单位】:青岛大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:O241.8
【部分图文】:

血液流量,数值结果,止血带,计算区域


青岛大学硕士学位论文5.2 理想的止血带本算例与浅水波方程中的溃坝问题有着相似之处。本节模拟血液流模型中的此类问题:把正在使用的止血带突然移走。考虑如下初值条件:这里,参数为和 ,计算区域为 ,在计算区域的边界处采用延拓边界条件,计算停止时刻为 s,在 个单元组成的网格上分别用两种算法进行数值模拟。两种算法的数值结果分别参见图 5.1 和图 5.2,如图所示,数值解很好地拟合了精确解并且同时能够保持陡峭的过渡。

血液流量,有限体积格式,数值结果


计算停止时刻为 s,在 个单元组成的网格上分别用两种算法进行数值模拟。两种算法的数值结果分别参见图 5.1 和图 5.2,如图所示,数值解很好地拟合了精确解并且同时能够保持陡峭的过渡。图 5.1 5.2 节中 DG 方法的数值结果(左:血液流量;右:血管半径)

数值结果,网格


青岛大学硕士学位论文差在不同的精度下均能保持一定的误差水平,这也说明本文所提出的格式能够保持预期的 well-balanced 性质。图 5.5 和图 5.6 分别展示了在较粗网格下( 个单元),这两种数值格式在时的数值结果,同时利用更加精细的网格( 个单元)求得本算例的一个参考解此外,使用非 well-balanced 方法进行了同样的测试作为比较。由此可见,利用well-balanced 方法求出的数值解很好地拟合了参考解,即本文提出的两种算法在较粗的网格中均能保持 well-balanced 性质,然而非 well-balanced 方法在较粗的网格中很难捕捉小扰动。

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本文编号:2810206

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