守恒律方程是一类比较特殊的偏微分方程, 可用于描述许多实际问题,
例如空气动力学中的欧拉方程就是守恒律方程。守恒律方程的一个显著特性
是可能存在间断解, 这给数值格式的设计造成一定的困难, 所以正确理解该
方程的特性并合理设计数值格式对于实际问题的数值模拟研究非常重要。
近年来, 随着计算机技术的发展, 计算科学的发展非常迅速, 尤其是计算
流体力学。数值方法的设计变得更加多样化, 分析手段也更加细致。不过, 目
前很多格式设计中用到的一些概念和技术其实在此书原著出版的那个时期
就已经提出了, 例如守恒律、弱形式、间断条件、熵条件、特征线等概念和守
恒格式、截断误差分析、稳定性分析、迎风格式、总变差不增格式、近似
Riemann 解算子、高分辨格式限制器等技术。熟练掌握这些概念和技术是更
好地理解、分析、发展和应用数值格式的基础。
朱华君博士在认真阅读该书的基础上, 把此书翻译出版, 这对于大家学
习了解双曲守恒律数值求解方法的基础理论很有帮助。这项工作还是一个开
始, 希望国际上更多优秀的计算流体力学方面的书籍能够被翻译出来, 以推
动国内研究工作更深入系统地发展。
第一部分数学理论
第1章引言3
1.1守恒律3
1.2应用4
1.3数学困难9
1.4数值困难10
1.5一些文献12
第2章守恒律的由来14
2.1积分和微分形式14
2.2标量方程16
2.3扩散17
第3章标量守恒律19
3.1线性对流方程19
3.1.1依赖区域.21
3.1.2不光滑的数据.21
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3.2Burgers方程23
3.3激波的形成24
3.4弱解26
3.5Riemann问题28
3.6激波速度30
3.7守恒律方程的重新建造34
3.8熵条件34
3.8.1熵函数.36
第4章标量方程39
4.1交通流39
4.1.1特征线和声速"43
4.2两相流45
第5章一些非线性系统48
5.1欧拉方程48
5.1.1理想气体.49
5.1.2熵.51
5.2等熵流52
5.3等温流52
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5.4浅水波方程53
第6章线性双曲型系统55
6.1特征变量56
6.2简单波57
6.3波动方程57
6.4非线性系统的线性化58
6.4.1声波.60
6.5Riemann问题61
6.5.1相平面.63
第7章激波和Hugoniot轨迹66
7.1Hugoniot轨迹66
7.2Riemann问题的解69
7.2.1无解的Riemann问题.71
7.3纯非线性71
7.4Lax熵条件72
7.5线性退化74
7.6Riemann问题75
第8章稀疏波和积分曲线77
8.1积分曲线77
8.2稀疏波78
8.3Riemann问题的一般解82
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8.4激波碰撞83
第9章欧拉方程组的Riemann问题85
9.1接触间断85
9.2Riemann问题的解87
第二部分数值方法
第10章线性方程的数值方法91
10.1整体误差和收敛性95
10.2范数96
10.3局部截断误差97
10.4稳定性99
10.5Lax等价定理100
10.6CFL条件103
10.7迎风格式105
第11章计算间断解107
11.1修正方程109
11.1.1一阶格式和扩散.110
11.1.2二阶格式和色散.111
11.2精度113
第12章非线性问题的守恒格式114
12.1守恒格式116
12.2相容性118
12.3离散守恒120
12.4Lax-Wendro®定理122
I12.5熵条件125
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第13章Godunov格式128
13.1Courant-Isaacson-Rees格式129
13.2Godunov格式130
13.3线性系统132
13.4熵条件134
13.5标量守恒律135
第14章近似Riemann解算子138
14.1一般理论139
14.1.1熵条件.140
14.1.2修正守恒律方程.141
14.2Roe近似Riemann解算子141
14.2.1Roe解算子的数值通量函数.143
14.2.2声速熵修正.144
14.2.3标量情况.145
14.2.4等温流的Roe矩阵.148
第15章非线性稳定性150
15.1收敛性概念150
15.2紧性151
15.3总变差稳定性153
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15.4总变差不增格式156
15.5单调保持格式157
15.6l1-收缩的数值格式158
15.7单调格式161
第16章高分辨格式164
16.1人工粘性164
16.2通量限制器格式167
16.2.1线性系统.172
16.3斜率限制器格式173
16.3.1线性系统.177
16.3.2非线性标量方程.179
16.3.3非线性系统.181
第17章半离散格式183
17.1单元平均的发展方程183
17.2空间精度185
17.3运用原函数做重构186
17.4ENO格式188
第18章多维问题189
18.1半离散格式190
18.2分裂格式191
18.3TVD格式195
18.4多维方法195
参考文献197