JP2011186826A - Numerical calculation method, program and recording medium - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve highly accurate calculation by using interpolation function in which a coefficient is determined by using proper information in downwind information in addition to upwind information, in a numerical calculation method used for computing partial differential equation. <P>SOLUTION: In the numerical calculation method, the interpolation function of the partial differential equation is a third-order polynomial, and a virtual point is set in the vicinity downstream of a reference point. A value of a variable at the virtual point is used for a restraint condition, to determine the coefficient of the interpolation function. Thus, the degree of the interpolation function is increased as well as non-physical numerical oscillation is reduced with respect to a high wave number, thereby enabling stable and highly accurate calculation. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、偏微分方程式の演算に使用する数値計算方法に関する。   The present invention relates to a numerical calculation method used for calculating a partial differential equation.

近年、コンピュータを用いた流体の物理現象のシミュレーションに関する研究や開発が、活発になってきている。シミュレーションの対象は、例えば、液体、気体、熱などによる様々な流体運動である。   In recent years, research and development relating to simulation of fluid physical phenomena using computers have become active. The object of simulation is various fluid motions caused by, for example, liquid, gas, or heat.

そのような数値計算を行う場合、流体の変数(速度、圧力、温度、密度など)に関する偏微分方程式を、離散化された空間および時間に関して解く、という手法が用いられるのが一般的である。なぜなら、偏微分方程式の数学的な解析解(厳密解)を求めることは現実的に不可能だからである。したがって、高精度の数値計算方法を開発することが重要となる。   When performing such numerical calculations, it is common to use a technique of solving partial differential equations relating to fluid variables (velocity, pressure, temperature, density, etc.) with respect to discretized space and time. This is because it is practically impossible to obtain a mathematical analytical solution (exact solution) of the partial differential equation. Therefore, it is important to develop a highly accurate numerical calculation method.

そして、より高精度な計算を行うため、変数の値だけでなく、変数の微分係数(空間勾配)の値または区間積分平均値(以下、単に「積分値」ともいう。)も従属変数とするマルチモーメント手法であるCIP法(Cubic-Interpolated Pseudo-Particle Scheme)やIDO法(Interpolated Differential Operator Scheme:局所補間微分オペレータ法)が開発された。   In order to perform calculation with higher accuracy, not only the value of the variable but also the value of the differential coefficient (spatial gradient) of the variable or the interval integral average value (hereinafter also simply referred to as “integrated value”) is used as the dependent variable. The CIP method (Cubic-Interpolated Pseudo-Particle Scheme) and the IDO method (Interpolated Differential Operator Scheme), which are multi-moment methods, have been developed.

IDO法は、物理的に保存しなければならない質量、運動量、エネルギーを厳密に保存する保存形IDO法と、高精度数値計算の範囲内で物理的な保存を満足する非保存形IDO法とに大別することができる。保存形IDO法は、例えば、変数の積分値を従属変数とすることで、その変数に関する物理量を保存することができる。保存形IDO法と非保存形IDO法は、それぞれ一長一短を有し、場面や状況に応じて選択および使用される。   The IDO method includes a conservative IDO method that strictly preserves mass, momentum, and energy that must be physically preserved, and a non-conservative IDO method that satisfies physical preservation within the range of high-precision numerical calculations. It can be divided roughly. In the storage type IDO method, for example, by setting the integral value of a variable as a dependent variable, a physical quantity related to the variable can be stored. The preservation type IDO method and the non-conservation type IDO method have advantages and disadvantages, respectively, and are selected and used according to the scene and situation.

また、本出願人は、非特許文献1および非特許文献2(非特許文献1とほぼ同内容)において、保存形IDO法について、偏微分方程式と局所的に近似する補間関数を用いた計算手法を提案した。保存形IDO法では、偏微分方程式中の微分項を補間関数の微分値に置換することで空間の離散化を行う。   In addition, in the non-patent document 1 and the non-patent document 2 (substantially the same content as the non-patent document 1), the applicant of the present invention uses a calculation method using an interpolation function that locally approximates a partial differential equation for the conservative IDO method. Proposed. In the conservative IDO method, space is discretized by replacing a differential term in a partial differential equation with a differential value of an interpolation function.

非特許文献1および非特許文献2に開示された技術は、保存形IDO法において、格子点(定義点)上の変数の値と積分値を用いた補間関数をベースとする高精度数値計算手法である。この手法では、圧縮性流体解析などで用いられる風上補間を行う。風上補間とは、着目する格子点(以下、「基準点」ともいう。)よりも風上(流体が移動してくる元の方向)の情報を用いて行う補間である。つまり、基準点を格子点であるjとし、風上方向の隣接格子点をj−1とした場合、j点上の変数の値、j−1点上の値、および、それらの間の積分値を使って、2次多項式である補間関数の係数を決定していた。   The technique disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 is a high-precision numerical calculation method based on an interpolation function using the value of a variable on a lattice point (definition point) and an integral value in the conservative IDO method. It is. This method performs upwind interpolation used in compressible fluid analysis. Upwind interpolation is interpolation performed using information on the windward (original direction in which the fluid moves) rather than the grid point of interest (hereinafter also referred to as “reference point”). That is, when the reference point is j which is a grid point and the adjacent grid point in the windward direction is j-1, the value of the variable on the j point, the value on the j-1 point, and the integration between them The value was used to determine the coefficient of the interpolation function, which is a quadratic polynomial.

これを、図12を参照して説明する。保存形IDO法において、空間的な間隔がΔxである3点、j−1点、j点、j+1点について考える。なお、基準点をj点とし、j−1点側を風上とし、j+1点側を風下(風上の反対側)とする。   This will be described with reference to FIG. Consider three points, a j−1 point, a j point, and a j + 1 point with a spatial interval Δx in the conservative IDO method. The reference point is j point, the j−1 point side is the windward side, and the j + 1 point side is the leeward side (opposite side on the windward side).

j点の座標をxとすると、j−1点とj+1点の座標はそれぞれx−Δx、x+Δxとなる。また、j−1点、j点、j+1点における変数の値をfj−1,f,fj+1とする。また、j−1点からj点までの積分値をj−1/2、j点からj+1点までの積分値をj+1/2とする。 Assuming that the coordinates of the j point are x j , the coordinates of the j−1 point and the j + 1 point are respectively x j −Δx and x j + Δx. In addition, the values of the variables at j−1 point, j point, and j + 1 point are assumed to be f j−1 , f j , and f j + 1 . In addition, an integral value from the j−1 point to the j point is x f j−1 / 2 , and an integral value from the j point to the j + 1 point is x f j + ½ .

ここで、例えば、j−1点からj点までの範囲に関する2次多項式の補間関数
F(x−x)=a(x−x+b(x−x)+cの係数(a,b,c)を決定する場合を想定する。補間関数が2次多項式なので、拘束条件が3つあれば補間関数の係数を決定できる。そこで、fj−1j−1/2、fの3つの値を使う。拘束条件は、次の式(1)の通りである。
なお、∫xj xj−ΔxF(x−x)dxは、F(x−x)をx−Δxからxまでの区間について積分した値であることを示す(以下同様)。
したがって、(1/Δx)∫xj xj−ΔxF(x−x)dxは、区間積分平均値(その区間における前記積分した値の平均値)を示す。
Here, for example, an interpolation function F (x−x j ) = a (xx j ) 2 + b (xx− j j ) + c of a quadratic polynomial relating to a range from j−1 point to j point (a , B, c) is assumed. Since the interpolation function is a quadratic polynomial, the coefficient of the interpolation function can be determined if there are three constraint conditions. Therefore, three values f j−1 , x f j−1 / 2 , and f j are used. The constraint condition is as shown in the following formula (1).
Incidentally, ∫ xj xj-Δx F ( x-x j) dx indicates that F a (x-x j) is the integral of the section from the x j -Δx to x j (hereinafter the same).
Therefore, (1 / Δx) ∫xj xj−Δx F (x−x j ) dx represents an interval integral average value (an average value of the integrated values in the interval).

式(1)により、補間関数F(x−x)の係数(a,b,c)の値を決めることができる。これらの係数のうち、特に重要なのはbである。補間関数F(x−x)を一階微分した∂F(x−x)/∂xにx=xを代入したときの値がbであり、この値が数値計算全体に与える影響が大きいからである。bの値は、具体的には、次の式(2)となる。
The value of the coefficient (a, b, c) of the interpolation function F (x−x j ) can be determined by equation (1). Of these coefficients, b is particularly important. A value obtained by substituting x = x j in the interpolation function F (x-x j) the first derivative was ∂F (x-x j) / ∂x is b, the influence of this value gives the whole numerical calculation Because is big. Specifically, the value of b is expressed by the following equation (2).

ここで、式(2)の精度(誤差)を調べるために、式(2)の右辺にテイラー展開した離散変数を代入すると、以下の式(3)となる。   Here, in order to examine the accuracy (error) of the equation (2), when a Taylor variable is applied to the right side of the equation (2), the following equation (3) is obtained.

つまり、式(2)と式(3)を比較すればわかるように、式(2)を数値計算に用いた際の誤差は、式(3)の右辺第2項以下である。すなわち、計算誤差はΔxオーダーであり、また、誤差の最上位の項における係数の数字部分は1/12である。 In other words, as can be seen from a comparison between Expression (2) and Expression (3), the error when Expression (2) is used for numerical calculation is equal to or less than the second term on the right side of Expression (3). That is, the calculation error is [Delta] x 2 order, also, the numeric part of the coefficients in the top of the error term is 1/12.

Y. Imai, T. Aoki and K. Takizawa, “Conservative form of interpolated differential operator scheme for compressible and incompressible fluid dynamics”, Journal of Computational Physics, the Kingdom of the Netherlands, ELSEVIER, 2008, Vol. 227, Issue 4, p.2263-2285Y. Imai, T. Aoki and K. Takizawa, “Conservative form of interpolated differential operator scheme for compressible and incompressible fluid dynamics”, Journal of Computational Physics, the Kingdom of the Netherlands, ELSEVIER, 2008, Vol. 227, Issue 4, p.2263-2285 青木尊之、今井陽介、“保存形IDO(局所補間微分オペレータ)法”、応用数理学会誌・岩波「応用数理」、岩波書店、2008年6月、Vol.18、No.2、p.32-45Takayuki Aoki, Yosuke Imai, “Conservative IDO (Local Interpolation Differential Operator) Method”, Journal of Applied Mathematics, Iwanami “Applied Mathematics”, Iwanami Shoten, June 2008, Vol.18, No.2, p.32- 45

前記した従来の手法(式(2)を用いる手法)では、ある程度の計算精度を得ることはできるが、数値粘性(流体力学等の計算において最も重要な誤差であり、空間的に細かいプロファイルを消してしまう数値計算の誤差)をより多く含んでいて、長時間の計算を行うと数値結果がぼやけた状態(空間的に急峻な勾配に関する誤差が大きくなった状態)になるという問題点がある。   Although the above-mentioned conventional method (method using equation (2)) can obtain a certain degree of calculation accuracy, it is the most important error in the calculation of numerical viscosity (fluid mechanics etc.) and eliminates the spatially fine profile. There is a problem that the numerical result becomes blurred (an error related to a spatially steep gradient becomes large) when the calculation is performed for a long time.

この問題の原因としては、例えば、補間関数の係数を決定する際に基準点よりも風下の情報をまったく使っていないことが考えられる。しかし、例えば、補間関数の次数を1つ上げて3次多項式とし、風下の積分値(図12の例では「j+1/2」)も用いて拘束条件を4つとする方法では、高波数(空間的に急峻な勾配)の領域で計算の振動が多く実用的ではない。また、基準点から遠い箇所の情報を使うことは、その境界条件の設定等が困難になったり、計算速度の遅延が起きたりするため、好ましくない。したがって、風下の情報のうち適切な情報を用いて補間関数の係数を決定し、高精度な計算を行う手法が求められていた。 As a cause of this problem, for example, it is conceivable that information on the leeward side of the reference point is not used at all in determining the coefficient of the interpolation function. However, for example, in the method in which the degree of the interpolation function is increased by 1 to form a cubic polynomial, and the constraint value is set to 4 using the leeward integral value (“ x f j + 1/2 ” in the example of FIG. 12), In the region of high wavenumbers (space steep gradient), there are many calculation oscillations, which are not practical. In addition, it is not preferable to use information at a location far from the reference point because setting of the boundary condition becomes difficult or a calculation speed is delayed. Therefore, there has been a demand for a method for determining the coefficient of the interpolation function using appropriate information from the leeward information and performing high-accuracy calculation.

そこで、本発明は、前記状況に鑑みてなされたものであり、偏微分方程式の演算に使用する数値計算方法において、風上の情報に加えて、風下の情報のうち適切な情報も用いて係数を決定した補間関数を使用することで、高精度な計算を実現することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above situation, and in the numerical calculation method used for the operation of the partial differential equation, in addition to the information on the windward, the coefficient is also calculated using appropriate information among the information on the windward. It is an object of the present invention to achieve highly accurate calculation by using an interpolation function that determines the above.

前記課題を解決するために、本発明では、偏微分方程式の補間関数を3次多項式とし、基準点の風下側の近傍に仮想点を想定し、その仮想点における変数の値も拘束条件に使用することで、補間関数の係数を決定する。   In order to solve the above problems, in the present invention, the interpolation function of the partial differential equation is a cubic polynomial, a virtual point is assumed near the leeward side of the reference point, and the value of the variable at the virtual point is also used as a constraint condition. By doing so, the coefficient of the interpolation function is determined.

本発明によれば、偏微分方程式の演算に使用する数値計算方法において、風上の情報に加えて、風下の情報のうち適切な情報も用いて係数を決定した補間関数を使用することで、高精度な計算を実現することができる。   According to the present invention, in the numerical calculation method used for the operation of the partial differential equation, in addition to the information on the windward, by using an interpolation function in which the coefficient is determined using appropriate information among the information on the windward, Highly accurate calculation can be realized.

本実施形態における数値計算装置の構成図である。It is a block diagram of the numerical calculation apparatus in this embodiment. 本実施形態における数値計算の全体的な流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole flow of the numerical calculation in this embodiment. 第1実施形態における第2の補間関数の決定のプロセスの説明図である。It is explanatory drawing of the process of the determination of the 2nd interpolation function in 1st Embodiment. 第1実施形態における第2の補間関数の決定のための演算の流れを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the flow of the calculation for the determination of the 2nd interpolation function in 1st Embodiment. 実施例1における数値計算結果の例を示すグラフである。3 is a graph showing an example of numerical calculation results in Example 1. 実施例1における数値計算結果の例を示すグラフであり、(a)は振幅比を示すグラフであり、(b)は位相を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the numerical calculation result in Example 1, (a) is a graph which shows an amplitude ratio, (b) is a graph which shows a phase. 実施例1における数値計算結果の例を示すグラフであり、(a)は振幅比誤差を示すグラフであり、(b)は位相誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the numerical calculation result in Example 1, (a) is a graph which shows an amplitude ratio error, (b) is a graph which shows a phase error. 実施例2における数値計算結果の例を示すグラフであり、(a)は従来技術(2次風上)による計算結果の例を示すグラフであり、(b)は本実施形態の数値計算(3次風上)による計算結果の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the numerical calculation result in Example 2, (a) is a graph which shows the example of the calculation result by a prior art (secondary upwind), (b) is the numerical calculation (3) of this embodiment. It is a graph which shows the example of the calculation result by the next upwind). 実施例2における数値計算結果の例を示すグラフであり、(a)は従来技術(2次風上)による数値計算結果の例を示すグラフであり、(b)は本実施形態(3次風上)による数値計算結果の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the numerical calculation result in Example 2, (a) is a graph which shows the example of the numerical calculation result by a prior art (secondary upwind), (b) is this embodiment (tertiary wind) It is a graph which shows the example of the numerical calculation result by the above. 第2実施形態における第2の補間関数の決定のプロセスの説明図である。It is explanatory drawing of the process of the determination of the 2nd interpolation function in 2nd Embodiment. 第3実施形態における第2の補間関数の決定のプロセスの説明図である。It is explanatory drawing of the process of the determination of the 2nd interpolation function in 3rd Embodiment. 従来技術における補間関数の決定のプロセスの説明図である。It is explanatory drawing of the process of the determination of the interpolation function in a prior art.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)に関し、第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態(それらの総称を「本実施形態」という。)について、適宜図面を参照しながら説明する。本実施形態では、保存形IDO法の場合を例にとって説明する。まず、図1を参照しながら、本実施形態における数値計算方法を実行する数値計算装置の構成について説明する。   Hereinafter, regarding a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”), the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment (the generic name thereof is referred to as “present embodiment”). This will be described with reference to the drawings as appropriate. In the present embodiment, the case of the storage type IDO method will be described as an example. First, the configuration of a numerical calculation apparatus that executes the numerical calculation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、数値計算装置10は、入力部1、記憶部2、メモリ3、演算部4および出力部5を備えて構成されるコンピュータ装置であり、例えば、パソコン、ワークステーション、スーパーコンピュータなどにより実現することができる。   As shown in FIG. 1, a numerical calculation device 10 is a computer device that includes an input unit 1, a storage unit 2, a memory 3, a calculation unit 4, and an output unit 5. It can be realized by a computer or the like.

入力部1は、数値計算装置10の使用者(以下、単に「使用者」という。)が各種情報を入力する手段であり、例えば、キーボード、マウスなどである。
記憶部2は、各種情報を記憶する手段であり、例えば、ROM(Read Only Memory)、ハードディスクなどである。記憶部2は、ここでは、流体等の数値計算(シミュレーション)を行うために、数値計算を行う場所を示す定義点である格子点、物理量(変数)やその微分係数の初期条件、支配方程式(流体の物理現象を表わす偏微分方程式など)、補間関数(第1の補間関数、第2の補間関数)、各種プログラムなどを記憶している。
The input unit 1 is means for a user of the numerical calculation device 10 (hereinafter simply referred to as “user”) to input various types of information, such as a keyboard and a mouse.
The storage unit 2 is a means for storing various information, such as a ROM (Read Only Memory), a hard disk, and the like. Here, in order to perform numerical calculation (simulation) of the fluid or the like, the storage unit 2 is a definition point indicating a place where the numerical calculation is performed, a lattice point, a physical quantity (variable), initial conditions of its differential coefficient, A partial differential equation representing a physical phenomenon of fluid), an interpolation function (first interpolation function, second interpolation function), various programs, and the like are stored.

メモリ3は、演算部4が使用する一時記憶手段であり、例えば、RAM(Random Access Memory)などである。
演算部4は、記憶部2に記憶された各種情報(プログラム、データなど)などに基づいて演算(処理)を行うものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。なお、演算部4は、ここでは1つとしているが、複数設けることにより並列計算を行うようにしてもよい。
出力部5は、演算部4による演算の結果を出力するものであり、例えば、ディスプレイなどである。
The memory 3 is temporary storage means used by the arithmetic unit 4 and is, for example, a RAM (Random Access Memory).
The computing unit 4 performs computation (processing) based on various information (programs, data, etc.) stored in the storage unit 2, and is, for example, a CPU (Central Processing Unit). In addition, although the calculation part 4 is set to one here, you may make it perform parallel calculation by providing multiple.
The output unit 5 outputs the result of the calculation by the calculation unit 4 and is, for example, a display.

次に、図2を参照しながら、本実施形態における数値計算の全体的な流れについて説明する(適宜図1参照)。
図2に示すように、まず、使用者が入力部1によって数値計算の開始に関する操作を行うと、演算部4は、記憶部2に記憶された情報に基づいて、演算を行う場所を示す定義点である格子点、各物理量の初期条件などを設定する(ステップS1)。格子点は、例えば、1次元の場合は「512」、2次元の場合は「128×128」、3次元の場合は「16×16×8」、といったように設定される。また、各物理量の初期条件としては、それぞれの格子点における変数の値、および、それらの値の微分係数(空間勾配)や積分値などが設定される。変数としては、例えば、流体の速度、圧力、温度、密度などが挙げられる。
Next, the overall flow of numerical calculation in the present embodiment will be described with reference to FIG. 2 (see FIG. 1 as appropriate).
As shown in FIG. 2, first, when the user performs an operation related to the start of numerical calculation by the input unit 1, the calculation unit 4 is a definition indicating a place where the calculation is performed based on information stored in the storage unit 2. A grid point as a point, an initial condition of each physical quantity, and the like are set (step S1). The grid points are set, for example, as “512” in the case of one dimension, “128 × 128” in the case of two dimensions, and “16 × 16 × 8” in the case of three dimensions. In addition, as initial conditions for each physical quantity, variable values at the respective lattice points, differential coefficients (spatial gradients), integral values, and the like of these values are set. Examples of variables include fluid speed, pressure, temperature, density, and the like.

次に、演算部4は、記憶部2に記憶された情報に基づいて、時間と空間に関する偏微分方程式などからなる支配方程式、各物理量の値を修正するための補間関数などを設定する(ステップS2)。なお、支配方程式としては、例えば、圧縮性流体の運動方程式、流体の質量保存方程式などが挙げられる。また、このステップS2で補間関数を設定する処理が本発明の特徴であるが、その詳細な説明は後記する。   Next, based on the information stored in the storage unit 2, the calculation unit 4 sets a governing equation including a partial differential equation related to time and space, an interpolation function for correcting the value of each physical quantity, and the like (step) S2). Examples of the governing equation include a motion equation of compressible fluid and a mass conservation equation of fluid. The process of setting the interpolation function in step S2 is a feature of the present invention, and a detailed description thereof will be given later.

続いて、演算部4は、ステップS1およびステップS2で設定した各種情報を用い、時刻「t」における各格子点での各物理量の値に基づいて、時刻「t+1」における各格子点での各物理量の値を算出する、という演算をt=0,1,2,・・・nに関して行う(ステップS3〜ステップS5)。   Subsequently, the calculation unit 4 uses the various information set in step S1 and step S2, and based on the value of each physical quantity at each grid point at time “t”, each calculation at each grid point at time “t + 1”. The calculation of calculating the value of the physical quantity is performed for t = 0, 1, 2,... N (steps S3 to S5).

次に、演算部4は、ステップS3〜ステップS5で算出した各物理量の値を、出力部5に出力する(ステップS6)。以上で、数値計算が完了する。
なお、ステップS1〜S6の処理のうち、ステップS2における補間関数の設定の処理については以下で説明するが、それ以外の処理については、本出願人が先に出願した特許出願に係る特許第4304277号公報および特開2008−197949号公報において記述されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
Next, the calculating part 4 outputs the value of each physical quantity calculated by step S3-step S5 to the output part 5 (step S6). Thus, the numerical calculation is completed.
Of the processes in steps S1 to S6, the interpolation function setting process in step S2 will be described below. Other processes are described in Japanese Patent No. 4304277 relating to the patent application previously filed by the present applicant. No. and JP 2008-197949 A, detailed description thereof is omitted here.

<第1実施形態>
次に、第1実施形態として、前記したステップS2における補間関数の設定の処理について説明する。まず、図3を参照して、補間関数の設定のイメージについて説明する。ここでは、第1の補間関数を用いて1つの値を算出し、その値と他の3つの値を用いて第2の補間関数を設定(係数を決定)する場合について説明する。なお、第2の補間関数が設定対象の補間関数であり、第1の補間関数は第2の補間関数を作成するための手段である。
<First Embodiment>
Next, as the first embodiment, the interpolation function setting process in step S2 will be described. First, an image of setting an interpolation function will be described with reference to FIG. Here, a case will be described in which one value is calculated using the first interpolation function, and the second interpolation function is set (determining the coefficient) using that value and the other three values. The second interpolation function is a setting target interpolation function, and the first interpolation function is a means for creating the second interpolation function.

図3に示すように、保存形IDO法において、空間的な間隔がΔxである3点、j−1点、j点、j+1点について考える。なお、基準点をj点とし、j−1点側を風上とし、j+1点側を風下とする。   As shown in FIG. 3, in the preserved IDO method, consider three points, j−1 point, j point, and j + 1 point, where the spatial interval is Δx. The reference point is j, the j-1 point is the windward, and the j + 1 point is the leeward.

j点の座標をxとすると、j−1点とj+1点の座標はそれぞれx−Δx、x+Δxとなる。また、j−1点、j点、j+1点における変数の値をfj−1,f,fj+1とする。また、j−1点からj点までの積分値をj−1/2、j点からj+1点までの積分値をj+1/2とする。 Assuming that the coordinates of the j point are x j , the coordinates of the j−1 point and the j + 1 point are respectively x j −Δx and x j + Δx. In addition, the values of the variables at j−1 point, j point, and j + 1 point are assumed to be f j−1 , f j , and f j + 1 . In addition, an integral value from the j−1 point to the j point is x f j−1 / 2 , and an integral value from the j point to the j + 1 point is x f j + ½ .

このとき、まず、j点からj+1点までの範囲に関する第1の補間関数
H(x−x)=a(x−x+b(x−x)+c(・・・式(4a))の係数(a,b,c)を決定する。第1の補間関数は2次多項式なので、拘束条件が3つあればこの第1の補間関数の係数を決定できる。そこで、fj+1/2、fj+1の3つの値を使う。拘束条件は、次の式(4b)の通りである。
At this time, first, the first interpolation function H (x−x j ) = a (x− j j ) 2 + b (x− j j ) + c (... (4a) relating to the range from point j to point j + 1. )) Coefficients (a, b, c) are determined. Since the first interpolation function is a quadratic polynomial, the coefficient of the first interpolation function can be determined if there are three constraint conditions. Therefore, three values f j , x f j + 1/2 and f j + 1 are used. The constraint condition is as the following equation (4b).

式(4b)により、第1の補間関数H(x)の係数(a,b,c)の値が決まる(係数(a,b,c)の値の記載は省略)。この第1の補間関数H(x−x)を用いて、fj+1/2の値を次の式(5)のように求めることができる。つまり、この第1の補間関数H(x−x)は、fj+1/2の値を求めるための手段である。 The value of the coefficient (a, b, c) of the first interpolation function H (x) is determined by the expression (4b) (the description of the value of the coefficient (a, b, c) is omitted). Using this first interpolation function H (x−x j ), the value of f j + 1/2 can be obtained as in the following equation (5). That is, the first interpolation function H (x−x j ) is a means for obtaining the value of f j + 1/2 .

つまり、格子点ではないj+1/2点(j点とj+1の中間点)を仮想点とし、その仮想点上のfの値を、第1の補間関数を用いて算出するのである。   That is, j + 1/2 points (intermediate points between j and j + 1) that are not grid points are used as virtual points, and the value of f on the virtual points is calculated using the first interpolation function.

次に、j−1点からj+1/2点までの範囲に関する次の式(6)に示す第2の補間関数の係数(c、c、c、c)を決定する。
F(x−x)=c(x−x+c(x−x+c(x−x)+c
・・・式(6)
Next, the coefficients (c 3 , c 2 , c 1 , c 0 ) of the second interpolation function shown in the following equation (6) regarding the range from the j−1 point to the j + 1/2 point are determined.
F (x-x j) = c 3 (x-x j) 3 + c 2 (x-x j) 2 + c 1 (x-x j) + c 0
... Formula (6)

第2の補間関数は3次多項式なので、拘束条件が4つあればこの第2の補間関数の係数を決定できる。そこで、fj−1j−1/2、f、fj+1/2の4つの値を使う。拘束条件は、次の式(7)の通りである。 Since the second interpolation function is a cubic polynomial, if there are four constraint conditions, the coefficient of the second interpolation function can be determined. Therefore, four values of f j−1 , x f j−1 / 2 , f j , and f j + 1/2 are used. The constraint condition is as the following formula (7).

これらにより、第2の補間関数F(x)の係数(c、c、c、c)の値が決まる。これらの係数のうち、特に重要なのはcある。第2の補間関数F(x−x)を一階微分した∂F(x−x)/∂xにx=xを代入したときの値がcであり、この値が数値計算全体に与える影響が大きいからである。cの値は、具体的には、次の式(8)となる。 These determine the values of the coefficients (c 3 , c 2 , c 1 , c 0 ) of the second interpolation function F (x). Of these factors, c 1 is particularly important. Value when substituting x = x j in the second interpolation function F (x-x j) the first derivative was ∂F (x-x j) / ∂x is c 1, the value is numerical This is because the influence on the whole is large. The value of c 1 is specifically by the following equation (8).

ここで、式(8)の精度(誤差)を調べるために、式(8)の右辺にテイラー展開した離散変数を代入すると、以下の式(9)のようになる。
Here, in order to investigate the accuracy (error) of Expression (8), when a Taylor variable is substituted for the right side of Expression (8), the following Expression (9) is obtained.

つまり、式(8)と式(9)を比較すればわかるように、式(8)を数値計算に用いた際の誤差は、式(9)の右辺第2項以下である。すなわち、計算誤差はΔxオーダーであり、また、誤差の最上位の項における係数の数字部分は1/90である。前記したように、従来技術における2次多項式の補間関数においては(式(2)、(3)参照)、計算誤差がΔxオーダーであり、また、誤差の最上位の項における係数の数字部分は1/12であったことと比べると、式(8)を用いた場合の計算精度が従来技術の場合よりも有意に高いことがわかる。換言すれば、式(3)の右辺第2項以下と、式(9)の右辺第2項以下とを比較すると、それぞれの最上位の項における微分の階数が違うので厳密な比較は容易ではないが、それでも前記したようにオーダーと係数の違いから、式(2)を用いた場合の計算誤差のほうが明らかに大きいと言える。 In other words, as can be seen from a comparison between Expression (8) and Expression (9), the error when Expression (8) is used for numerical calculation is equal to or less than the second term on the right side of Expression (9). That is, the calculation error is [Delta] x 3 order, also, the numeric part of the coefficients in the top of the error term is 1/90. As described above, in the interpolation function quadratic polynomial in the prior art (equation (2), (3)), and calculation error is [Delta] x 2 order, also, the numeric part of the coefficients in the top of the error term Compared with 1/12, it can be seen that the calculation accuracy when using the equation (8) is significantly higher than in the case of the prior art. In other words, when comparing the second term or less on the right side of Equation (3) with the second term or less on the right side of Equation (9), the differential rank in each of the most significant terms is different. Nonetheless, as described above, it can be said that the calculation error in the case of using Equation (2) is obviously larger due to the difference between the order and the coefficient.

なお、同様にして、その他の係数の値は、次の式(10)のようになる。
Similarly, the values of other coefficients are as shown in the following equation (10).

また、風上と風下が入れ替わった場合、仮想点をj−1/2点(j−1点とjの中間点)として、前記と同様に計算することができる。そのとき、第2の補間関数において、cに対応する係数であるc’は、次の式(11)に示す通りとなる。
Further, when the windward and leeward are interchanged, the virtual point can be calculated in the same manner as described above, with the virtual point being j-1 / 2 point (the intermediate point between j-1 point and j). Then, in the second interpolation function, c 1 'is a coefficient corresponding to c 1 is as shown in the following equation (11).

なお、同様にして、c、c、cに対応する係数であるc’、c’、c’は、その他の係数の値は、次の式(12)のようになる。
Incidentally, similarly, c 3, c 2, c 3 is a coefficient corresponding to c 0 ', c 2', c 0 ' , the value of the other coefficients, so that the following equation (12) .

次に、図4を参照しながら、第1実施形態における第2の補間関数の係数の決定のための演算(処理)(図2のステップS2における補間関数の設定のための処理)について説明する(適宜図1、図3参照)。数値計算装置10の演算部4は、記憶部2とメモリ3を使用しながら各演算を行う。   Next, the calculation (processing) for determining the coefficient of the second interpolation function in the first embodiment (processing for setting the interpolation function in step S2 in FIG. 2) will be described with reference to FIG. (See FIGS. 1 and 3 as appropriate). The calculation unit 4 of the numerical calculation device 10 performs each calculation while using the storage unit 2 and the memory 3.

まず、演算部4は、fj+1/2、fj+1の3つの値を取得する(ステップS21)。
次に、演算部4は、その取得した3つの値を用いて、第1の補間関数の係数を決定する(ステップS22)。
First, the calculation unit 4 acquires three values f j , x f j + 1/2 , and f j + 1 (step S21).
Next, the calculating part 4 determines the coefficient of a 1st interpolation function using the acquired three values (step S22).

続いて、演算部4は、係数が決定した第1の補間関数を用いて、fj+1/2の値を算出する(ステップS23)。
次に、演算部4は、fj+1/2、fj+1、fj+1/2の4つの値を取得する(ステップS24)。
Subsequently, the calculation unit 4 calculates a value of f j + 1/2 using the first interpolation function determined by the coefficient (step S23).
Next, the calculation unit 4 acquires four values of f j , x f j + 1/2 , f j + 1 , and f j + 1/2 (step S24).

最後に、演算部4は、その取得した4つの値を用いて、第2の補間関数の係数を決定する(ステップS25)。   Finally, the calculation unit 4 determines the coefficient of the second interpolation function using the acquired four values (step S25).

このように、第1実施形態によれば、数値計算装置10による偏微分方程式の演算に使用する数値計算方法において、従来から風上補間のときに使用していたfj+1/2、fj+1の3つの値に加えて、第1の補間関数を用いて算出した仮想点j+1/2点における値fj+1/2を用いて第2の補間関数の係数を決定する。したがって、数値計算装置10は、風上の情報に加えて、風下の適切な情報も用いて係数を決定した第2の補間関数を使用することで、高精度な計算を実現することができる。 As described above, according to the first embodiment, in the numerical calculation method used for the calculation of the partial differential equation by the numerical calculation device 10, f j and x f j + 1/2 conventionally used for upwind interpolation. , F j + 1 , and the coefficient of the second interpolation function is determined using the value f j + 1/2 at the virtual point j + 1/2 calculated using the first interpolation function. Therefore, the numerical calculation device 10 can realize high-accuracy calculation by using the second interpolation function in which the coefficient is determined using appropriate information on the downwind in addition to the information on the upwind.

(フーリエ解析)
次に、図5〜図7を参照して、第1実施形態の数値計算方法の実施例に関し、フーリエ解析を用いた精度と安定性の検証について説明する。この実施例1は、線形移流方程式に対してフーリエ変換した離散変数を代入してフーリエ解析を行い、波数と、クーラン数、位相、振幅比とのそれぞれの関係をグラフ化したものである。なお、時間積分には4次精度ルンゲクッタ法を用いた。
(Fourier analysis)
Next, with reference to FIG. 5 to FIG. 7, verification of accuracy and stability using Fourier analysis will be described regarding an example of the numerical calculation method of the first embodiment. In the first embodiment, Fourier analysis is performed by substituting discrete variables that are Fourier-transformed into a linear advection equation, and the relationship between the wave number, the Couran number, the phase, and the amplitude ratio is graphed. For the time integration, the fourth-order Runge-Kutta method was used.

この実施例1については、前記した非特許文献1における「3.Fourier analysis(p.2272-2276)」と、前記した非特許文献2における「5 Fourier解析(p.38−41)」とに、詳細な記述があるので、ここでは詳細な説明を省略する。それらの非特許文献1,2における記述と比較して、この実施例1における相違点は、補間関数が3次多項式であることと、その3次多項式である補間関数の係数の決定方法とだけである。   Regarding Example 1, “3.Fourier analysis (p.2272-2276)” in Non-Patent Document 1 and “5 Fourier analysis (p.38-41)” in Non-Patent Document 2 described above are used. Since there is a detailed description, detailed description is omitted here. Compared with those described in Non-Patent Documents 1 and 2, the difference in the first embodiment is that the interpolation function is a cubic polynomial and the method for determining the coefficient of the interpolation function that is the cubic polynomial. It is.

図5に示すグラフでは、縦軸をクーラン数とし、横軸を波数とした座標上に、偏微分方程式の時間発展を記述した行列の固有値を表示している。このようなグラフでは、固有値「1.0」を示すラインが上方に位置するほど数値計算が安定することを表す。ここでは、固有値「1.0」を示すラインL51がかなり上方に位置していることで、第1実施形態による数値計算方法が安定していることがわかる。   In the graph shown in FIG. 5, the eigenvalues of the matrix describing the time evolution of the partial differential equation are displayed on the coordinates where the vertical axis is the Courant number and the horizontal axis is the wave number. In such a graph, the numerical calculation is more stable as the line indicating the eigenvalue “1.0” is positioned upward. Here, it can be seen that the numerical value calculation method according to the first embodiment is stable because the line L51 indicating the eigenvalue “1.0” is located considerably above.

図6(a)に示すグラフでは、縦軸を振幅比とし、横軸を波数として、厳密解と、保存形IDO法(2次風上:従来手法である2次多項式の補間関数を使った風上補間による手法)による値と、保存形IDO法(3次風上:第1実施形態における3次多項式の補間関数を使った風上補間(ここでは風下の情報も使っているが「風上補間」と称する。)による手法)による値と、を表示している。   In the graph shown in FIG. 6A, the ordinate is the amplitude ratio, the abscissa is the wave number, and the exact solution and the conservative IDO method (secondary upwind: a conventional interpolation function of a second order polynomial is used. Upwind interpolation using the value of the upwind interpolation method and the conservative IDO method (third-order upwind: third-order polynomial interpolation function in the first embodiment (here, downwind information is also used) The value obtained by the above method) is displayed.

このようなグラフでは、当然、厳密解に近いほど数値計算の精度が高いことになる。そして、図6(a)を見れば、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、従来手法である保存形IDO法(2次風上)と比べて、厳密解に有意に近く、振幅比についての数値計算の精度が高いことがわかる。   In such a graph, naturally, the closer to the exact solution, the higher the accuracy of numerical calculation. 6A, the storage type IDO method (third-order upwind) that is the method of the first embodiment is more strict than the storage-type IDO method (secondary upwind) that is the conventional method. It can be seen that the numerical calculation for the amplitude ratio is highly accurate and is close to the solution.

図6(b)に示すグラフでは、縦軸を位相とし、横軸を波数として、厳密解と、保存形IDO法(中心:従来手法である四次関数の補間関数を使った中心補間(3つの格子点のうちの真ん中の格子点を基準にして行う補間)による手法)による値と、保存形IDO法(2次風上)による値と、保存形IDO法(3次風上)による値と、を表示している。   In the graph shown in FIG. 6B, the vertical axis is the phase, the horizontal axis is the wave number, the exact solution, and the conservative IDO method (center: center interpolation using a conventional quadratic function interpolation function (3 Interpolation based on the center of the two grid points), a value based on the conservative IDO method (secondary upwind), and a value based on the conservative IDO method (third order upwind). And are displayed.

ここでは、保存形IDO法(中心)と、保存形IDO法(2次風上)と、保存形IDO法(3次風上)との間で、厳密解との差に関して大きな差異はない。つまり、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、位相についての数値計算の精度に関しては、他の従来手法と特に差がないことがわかる。   Here, there is no significant difference in the difference between the conservative IDO method (center), the conservative IDO method (secondary upwind), and the conservative IDO method (third-order upwind). That is, it can be seen that the conservative IDO method (third-order upwind), which is the method of the first embodiment, is not particularly different from other conventional methods with respect to the accuracy of numerical calculation for the phase.

さらに、図7(a)に示すグラフでは、縦軸を振幅比誤差とし、横軸を波数として、保存形IDO法(2次風上)による値と、保存形IDO法(3次風上)による値と、を表示している。これを見れば、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、従来手法である保存形IDO法(2次風上)と比べて、振幅比誤差が有意に小さく、振幅比についての数値計算の精度が高いことがわかる。   Further, in the graph shown in FIG. 7A, the vertical axis is the amplitude ratio error, the horizontal axis is the wave number, and the value by the conservative IDO method (secondary upwind) and the conservative IDO method (third-order upwind). The value by and is displayed. In view of this, the conservative IDO method (third-order upwind) that is the method of the first embodiment has a significantly smaller amplitude ratio error than the conservative IDO method (second-order upwind) that is the conventional method. It can be seen that the numerical calculation of the amplitude ratio is highly accurate.

図7(b)に示すグラフでは、縦軸を位相誤差とし、横軸を波数として、保存形IDO法(中心)による値と、保存形IDO法(2次風上)による値と、保存形IDO法(3次風上)による値と、を表示している。   In the graph shown in FIG. 7B, the vertical axis is the phase error, the horizontal axis is the wave number, the value by the conservative IDO method (center), the value by the conservative IDO method (secondary upwind), and the conservative form. The value by the IDO method (third-order upwind) is displayed.

ここでは、保存形IDO法(中心)と、保存形IDO法(2次風上)と、保存形IDO法(3次風上)との間で、大きな差異はない。つまり、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、位相についての数値計算の精度に関しては、他の従来手法と特に差がないことがわかる。   Here, there is no significant difference between the preserved IDO method (center), the preserved IDO method (secondary upwind), and the preserved IDO method (third-order upwind). That is, it can be seen that the conservative IDO method (third-order upwind), which is the method of the first embodiment, is not particularly different from other conventional methods with respect to the accuracy of numerical calculation for the phase.

このように、実施例1からわかるように、第1実施形態の数値計算方法は、位相についての計算精度は従来技術とほぼ同等であるものの、固有値や振幅比についての計算精度は従来技術よりも有意に高く、総合的な計算精度が有意に高い。   Thus, as can be seen from Example 1, although the numerical calculation method of the first embodiment has almost the same calculation accuracy for the phase as the conventional technology, the calculation accuracy for the eigenvalue and the amplitude ratio is higher than that of the conventional technology. Significantly high and comprehensive calculation accuracy is significantly high.

(圧縮性レーリー・テーラー不安定性の成長過程シミュレーション)
次に、図8、図9を参照して、第1実施形態の数値計算方法を圧縮性レーリー・テーラー不安定性の成長過程シミュレーションに用いた場合の実施例について説明する。この実施例2は、圧縮性流体の計算例として、重い(密度の高い)流体が軽い(密度の低い)流体の上に置かれている場合の、2つの流体の界面に与えられた擾乱がレーリー・テーラー不安定性により成長する過程をシミュレーションしたときの2つの流体をグラフ化したものである。なお、そのときの2つの流体について、図8では横から見た様子(水平方向に見た様子)を、また、図9では上から見た様子(鉛直下向きに見た様子)を、それぞれ示している。また、ここでは、圧縮性流体計算における移流項計算部分に第1実施形態の数値計算方法を適用した。
(Growth process simulation of compressible Rayleigh-Taylor instability)
Next, with reference to FIGS. 8 and 9, an example in which the numerical calculation method of the first embodiment is used for growth process simulation of compressible Rayleigh-Taylor instability will be described. In this example 2, as a calculation example of a compressible fluid, when a heavy (high density) fluid is placed on a light (low density) fluid, a disturbance applied to the interface between the two fluids is shown. It is a graph of two fluids when simulating the process of growth due to Rayleigh-Taylor instability. In addition, about the two fluids at that time, FIG. 8 shows a state seen from the side (a state seen in the horizontal direction), and FIG. 9 shows a state seen from the top (a state seen vertically downward). ing. Here, the numerical calculation method of the first embodiment is applied to the advection term calculation part in the compressible fluid calculation.

この実施例2については、前記した非特許文献2における「6 計算例 6.1 圧縮性レーリー・テーラー不安定(p.41-43)」に詳細な記述があるので、ここでは詳細な説明を省略する。非特許文献2における記述と比較して、この実施例2における相違点は、補間関数が3次多項式であることと、その3次多項式である補間関数の係数の決定方法とだけである。   Since this Example 2 has a detailed description in “6 Calculation Example 6.1 Compressible Rayleigh-Taylor Instability (p.41-43)” in Non-Patent Document 2 described above, a detailed explanation is given here. Omitted. Compared with the description in Non-Patent Document 2, the only difference in the second embodiment is that the interpolation function is a cubic polynomial and the method for determining the coefficient of the interpolation function that is the cubic polynomial.

図8(a)に示すグラフは、保存形IDO法(2次風上)により計算を行った場合の2つの流体の様子を表したものである。図8(b)に示すグラフは、保存形IDO法(3次風上)により計算を行った場合の2つの流体の様子を表したものである。いずれのグラフも解像度は256×256である。   The graph shown in FIG. 8A shows the state of the two fluids when the calculation is performed by the conservative IDO method (secondary upwind). The graph shown in FIG. 8B shows the state of the two fluids when the calculation is performed by the conservative IDO method (third-order upwind). Both graphs have a resolution of 256 × 256.

これらを見れば、図8(a)に示すグラフでは細部がぼやけているのに比べて、図8(b)に示すグラフでは細部まで明確に表示できていることがわかる。つまり、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、従来手法である保存形IDO法(2次風上)と比べて、数値計算の精度が高いことがわかる。   From these, it can be seen that, in the graph shown in FIG. 8A, the details are blurred, whereas in the graph shown in FIG. 8B, the details can be clearly displayed. That is, it can be seen that the storage type IDO method (third-order upwind), which is the method of the first embodiment, has higher numerical calculation accuracy than the storage-type IDO method (secondary upwind) that is the conventional method.

同様に、図9(a)に示すグラフは、保存形IDO法(2次風上)により計算を行った場合の2つの流体の様子を表したものである。図9(b)に示すグラフは、保存形IDO法(3次風上)により計算を行った場合の2つの流体の様子を表したものである。いずれのグラフも解像度は128×128である。   Similarly, the graph shown in FIG. 9A shows the state of two fluids when the calculation is performed by the conservative IDO method (secondary upwind). The graph shown in FIG. 9B shows the state of the two fluids when the calculation is performed by the conservative IDO method (third-order upwind). Both graphs have a resolution of 128 × 128.

これらを見れば、図9(a)に示すグラフでは細部がぼやけているのに比べて、図9(b)に示すグラフでは細部まで明確に表示できていることがわかる。つまり、第1実施形態の手法である保存形IDO法(3次風上)は、従来手法である保存形IDO法(2次風上)と比べて、数値計算の精度が高いことがわかる。   From these, it can be seen that, in the graph shown in FIG. 9A, the details are blurry, whereas in the graph shown in FIG. 9B, the details can be clearly displayed. That is, it can be seen that the storage type IDO method (third-order upwind), which is the method of the first embodiment, has higher numerical calculation accuracy than the storage-type IDO method (secondary upwind) that is the conventional method.

このように、実施例2からわかるように、第1実施形態の数値計算方法は、従来技術よりも計算精度が高い。その理由について説明すると、次のようになる。つまり、このようなシミュレーションでは、初期の線形成長γ=√gka(g:重力加速度、k:擾乱の波数、a=(ρ−ρ)/(ρ+ρ)、ρ:重い流体の密度、ρ:軽い流体の密度)を過ぎると、ケルビン・ヘルムホルツ不安定性を伴った非線形成長に移り、長波長の波の成長率が大きくなり、非常に複雑な界面を形成しながらFree Fallと呼ばれる過程(h〜0.06agt、h:落下速度、t:時間)へと移る。 Thus, as can be seen from Example 2, the numerical calculation method of the first embodiment has higher calculation accuracy than the prior art. The reason will be described as follows. That is, in such a simulation, initial linear growth γ = √gka (g: gravitational acceleration, k: wave number of disturbance, a = (ρ H −ρ L ) / (ρ H + ρ L ), ρ H : heavy fluid Past the density of ρ L : the density of light fluid), it moves to non-linear growth with Kelvin-Helmholtz instability, and the growth rate of long-wave waves increases, while forming a very complex interface, Free Fall (H to 0.06 agt 2 , h: falling speed, t: time).

そして、数値粘性が大きい従来手法(保存形IDO法(2次風上))で計算した場合、波数の大きい波が数値的に減衰してしまい、Free Fallへの遷移や落下加速度が遅くなってしまうことがある。一方、第1実施形態の数値計算方法(保存形IDO法(3次風上))では、そういった遅延が少なく、高精度で計算を行うことができる。   And when calculating with the conventional method (conservative IDO method (secondary upwind)) with a large numerical viscosity, the wave with a large wave number is numerically attenuated, and the transition to Free Fall and the fall acceleration are slowed down. May end up. On the other hand, in the numerical calculation method according to the first embodiment (preservation type IDO method (third-order upwind)), such a delay is small and calculation can be performed with high accuracy.

第1実施形態の数値計算方法では、第1の補間関数によってfj+1/2の値を算出し、そのfj+1/2の値も拘束条件に使用して第2の補間関数の係数を決定した。これにより、補間関数の次数が1つ増えただけでなく、高波数に対して非物理的な数値振動も少なく、安定で高精度な計算を行うことができるようになった。 In the numerical calculation method of the first embodiment, the value of f j + 1/2 is calculated by the first interpolation function, and the coefficient of the second interpolation function is determined using the value of f j + 1/2 as the constraint condition. . As a result, not only the order of the interpolation function is increased by one, but also non-physical numerical vibration is reduced with respect to the high wave number, and stable and highly accurate calculation can be performed.

なお、当業者であれば、第1実施形態に係る数値計算方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作成し、さらに、そのプログラムをCD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disk)などの記録媒体に記録することができる。   A person skilled in the art creates a program for causing a computer to execute the numerical calculation method according to the first embodiment, and further stores the program in a recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disk). Can be recorded.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態として、前記したステップS2(図2参照)における補間関数の設定の処理について説明する。この第2実施形態では、第1実施形態と同様の点については重複説明を適宜省略し、第1実施形態との相違点について重点的に説明する。
Second Embodiment
Next, as a second embodiment, an interpolation function setting process in step S2 (see FIG. 2) will be described. In the second embodiment, overlapping description of the same points as in the first embodiment will be omitted as appropriate, and differences from the first embodiment will be mainly described.

図10を参照して、補間関数の設定のイメージについて説明する。第1実施形態との違いは、第1の補間関数を用いて算出する値がftmpであり、そのftmpの座標がx+α・Δx(0<α<1)であることである。 An image of setting an interpolation function will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that the value calculated using the first interpolation function is f tmp and the coordinates of the f tmp are x j + α · Δx (0 <α <1).

そして、第1実施形態と同様にして、第1の補間関数(式(4a))と第2の補間関数(式(6))を用いると、c0、、c、cの値は次のように求まる。
Similarly to the first embodiment, when the first interpolation function (formula (4a)) and the second interpolation function (formula (6)) are used, c 0, c 1 , c 2 , c 3 The value is obtained as follows.

ここで、式(8)、式(9)のときと同様に考えると、式(13)におけるcの元となる厳密解は、次の式(14)のように表すことができる。
Here, when considered in the same manner as in equations (8) and (9), the exact solution that is the basis of c 1 in equation (13) can be expressed as in the following equation (14).

また、式(14)を変形して、次の式(15)とする。
Further, the equation (14) is modified into the following equation (15).

ここで、式(15)において、3階微分項は波の位相速度に、4階微分項は波の粘性散逸に影響を与える。そして、保存型IDO法では波の位相速度が厳密解よりも遅いため、位相速度が上がる方に修正されるとよく、つまり、E<0を満たすのが好ましい。また、数値粘性は安定なものを導入するのがよく、つまり、E>0を満たすのが好ましい。したがって、それらを満たすように計算すると、αは次の式(16)を満たせばよいことがわかる。
(√17−3)/4<α≦1/2 ・・・式(16)
Here, in Equation (15), the third-order differential term affects the wave phase velocity, and the fourth-order differential term affects the wave viscosity dissipation. And in the conservative IDO method, the phase velocity of the wave is slower than the exact solution, so it is better to correct the phase velocity to increase, that is, it is preferable to satisfy E 3 <0. Further, it is preferable to introduce a stable numerical viscosity, that is, it is preferable to satisfy E 4 > 0. Therefore, if it calculates so that it may satisfy | fill, it will be understood that (alpha) should just satisfy | fill following Formula (16).
(√17-3) / 4 <α ≦ 1/2 Formula (16)

なお、式(16)を満たすαのうち、式(14)、式(15)からわかるように、α=1/2のとき、E=0となり、式(15)におけるΔxの項が消えるので、cは三次精度(誤差の大きさがΔxに比例)となる。そして、α≠1/2のとき、cは二次精度(誤差の大きさがΔxに比例)となる。したがって、これは、第1実施形態において、j+1/2点(j点とj+1の中間点。つまり、第2実施形態におけるα=1/2のときの点)を仮想点とし、第1の補間関数を用いてその仮想点上のfの値を算出した(補間した)ことの有効性を示したことにもなっている。また、c、cの精度についても同様である。 Of α satisfying equation (16), as can be seen from equations (14) and (15), when α = 1/2, E 3 = 0, and the term of Δx 2 in equation (15) is since disappear, c 1 is the tertiary precision (magnitude of the error is proportional to [Delta] x 3). Then, when α ≠ 1/2, c 1 has a secondary accuracy (the magnitude of the error is proportional to Δx 2 ). Therefore, in the first embodiment, the first interpolation is performed by using j + 1/2 point (middle point between j point and j + 1. That is, the point when α = 1/2 in the second embodiment) as a virtual point. It also shows the effectiveness of calculating (interpolating) the value of f on the virtual point using a function. The same applies to the accuracy of c 2 and c 3 .

このように、第2実施形態によれば、数値計算装置10による偏微分方程式の演算に使用する数値計算方法において、従来から風上補間のときに使用していたfj+1/2、fj+1の3つの値に加えて、第1の補間関数を用いて算出した仮想点j+α・Δxにおける値fj+α・Δxを用いて第2の補間関数の係数を決定する。したがって、j点とj+1点の中間点以外に、式(16)を満たす範囲でαを設定して決定した風下の点についての情報を用いて第2の補間関数の係数を決定し、その第2の補間関数を使用することで、高精度な計算を実現することができる。 As described above, according to the second embodiment, in the numerical calculation method used for the calculation of the partial differential equation by the numerical calculation device 10, f j and x f j + 1/2 that have been conventionally used for upwind interpolation. , F j + 1 , and the coefficient of the second interpolation function is determined by using the value f j + α · Δx at the virtual point j + α · Δx calculated using the first interpolation function. Therefore, the coefficient of the second interpolation function is determined using the information about the leeward point determined by setting α within the range satisfying the expression (16) in addition to the intermediate point between the j point and the j + 1 point, and the second By using the interpolation function of 2, high-accuracy calculation can be realized.

<第3実施形態>
次に、第3実施形態として、前記したステップS2(図2参照)における補間関数の設定の処理について説明する。第3実施形態では、第1実施形態および第2実施形態の少なくとも一方と同様の点については重複説明を適宜省略し、第1実施形態および第2実施形態との相違点について重点的に説明する。
<Third Embodiment>
Next, as a third embodiment, an interpolation function setting process in step S2 (see FIG. 2) will be described. In the third embodiment, overlapping description of the same points as at least one of the first embodiment and the second embodiment will be omitted as appropriate, and differences from the first embodiment and the second embodiment will be mainly described. .

図11を参照して、補間関数の設定のイメージについて説明する。第2実施形態との違いは、第1の補間関数の範囲がj−1点からj+1点までであること、第1の補間関数が式(4a)の2次多項式ではなく、それを拡張した4次多項式(詳細な説明は省略)であること、および、それらにともなって、αの範囲が−1<α<0、0<α<1であること(つまり、仮想点はj−1点からj+1点までの範囲内でj点以外)である。   An image of setting an interpolation function will be described with reference to FIG. The difference from the second embodiment is that the range of the first interpolation function is from j−1 point to j + 1 point, and the first interpolation function is not the second-order polynomial of equation (4a), but is expanded. 4th order polynomial (detailed explanation is omitted), and accordingly, the range of α is −1 <α <0, 0 <α <1 (that is, the virtual point is j−1 points) To j + 1 point, except for j point).

第1実施形態と同様に、前記した4次多項式の第1の補間関数と、第2の補間関数(式(6))とを用いると、c0、、c、cの値は次の式(17)のように求まる。
As in the first embodiment, the values of c 0, c 1 , c 2 , and c 3 can be obtained by using the first interpolation function of the fourth-order polynomial and the second interpolation function (equation (6)). Is obtained by the following equation (17).

ここで、式(8)、式(9)のときと同様に考えると、式(17)におけるcの元となる厳密解は、次の式(18)のように表すことができる。
Here, when considered in the same manner as in equations (8) and (9), the exact solution that is the source of c 1 in equation (17) can be expressed as in the following equation (18).

また、式(18)を変形して、次の式(19)とする。
Further, the equation (18) is transformed into the following equation (19).

ここで、式(19)におけるEについて考えると、まず、分母に(2a+1)の項が含まれるため、分母が0(α=−1/2)に近づくと、Eの値が無限(無限大または無限小)に漸近するので計算が安定しない。また、数値粘性の面から考えると、Eの値はE>0を満たすことが望ましい。そして、−3/5<α<−1/2の範囲では、E>0を満たすが、Eの値が無限へと漸近することがあるため、計算の安定の面から好ましくない。したがって、0<α<1の範囲が、E>0を満たし、かつ、Eの値が無限へと漸近しないため、計算の安定のために好ましい。また、これは、c、cの場合も同様である。 Here, considering E 4 in Equation (19), since the denominator includes the term (2a + 1), when the denominator approaches 0 (α = −1 / 2), the value of E 4 becomes infinite ( Asymptotically close to (infinity or small), the calculation is not stable. In consideration from the viewpoint of numerical viscosity, the value of E 4, it is desirable to satisfy the E 4> 0. In the range of −3/5 <α <−1/2, E 4 > 0 is satisfied. However, since the value of E 4 may gradually approach infinity, it is not preferable from the viewpoint of the stability of calculation. Therefore, the range of 0 <α <1 satisfies E 4 > 0, and the value of E 4 does not asymptotically approach infinity, which is preferable for calculation stability. This also applies to c 2 and c 3 .

このように、第3実施形態によれば、第1の補間関数の範囲をj−1点からj+1点までに拡張し、第1の補間関数を4次多項式としたことで、αの値によらず計算を三次精度とすることができる。また、その際、αの範囲は、0<α<1であることが好ましく、これにより、本発明の特徴の1つである風下の適切な情報を用いることの有効性が示された。   As described above, according to the third embodiment, the range of the first interpolation function is expanded from j−1 point to j + 1 point, and the first interpolation function is a quartic polynomial, so that the value of α is obtained. Regardless of the calculation, the third order accuracy can be obtained. In this case, the range of α is preferably 0 <α <1, and thus, the effectiveness of using appropriate downwind information, which is one of the features of the present invention, has been demonstrated.

なお、前記した3つの実施形態から一般性を導くと、(1)5個以上の物理量を用いて第1の補間関数を作る、あるいは、(2)第1実施形態で行ったようにfj+1/2、fj+1を用いて仮想点j+1/2点におけるfj+1/2を算出する、といういずれかの条件を満たすことにより、cを三次精度とすることができるといえる。 When generality is derived from the above-described three embodiments, (1) a first interpolation function is created using five or more physical quantities, or (2) f j as in the first embodiment. calculates the f j + 1/2 in a virtual point j + 1/2-point using a x f j + 1/2, f j + 1, by any of the condition that, it can be said that the c 1 may be a tertiary accuracy.

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明は、前記した実施形態に限定されず、偏微分方程式を使った流体の物理現象のシミュレーション全般に広く適用することができる。
Although description of this embodiment is finished above, the aspect of the present invention is not limited to these.
For example, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be widely applied to general simulation of fluid physical phenomena using partial differential equations.

また、使用する偏微分方程式における空間の次元数は、1次元以上の何次元でもよい。
また、本実施形態の数値計算方法を適用する流体に関する物理的な変数は、密度、速度、圧力、温度など、いかなる変数であってもよい。
Further, the number of dimensions of the space in the partial differential equation to be used may be any number of one dimension or more.
Moreover, the physical variable regarding the fluid to which the numerical calculation method of the present embodiment is applied may be any variable such as density, speed, pressure, temperature, and the like.

また、j−1点側を風上とし、j+1点側を風下とした場合について主に説明したが、逆に、j−1点側を風下とし、j+1点側を風上としてもよい。つまり、連続した計算の中で、風上と風下が入れ替わった場合に、補間関数をそれぞれの場面で使い分けることができる。
また、本発明は、保存形IDO法だけでなく、CIP法等、他の計算手法にも適用することができる。
Further, the case where the j-1 point side is taken up and the j + 1 point side is taken down has been mainly described, but conversely, the j-1 point side may be taken down and the j + 1 point side may be taken up. In other words, when upwind and downwind are interchanged in successive calculations, the interpolation function can be used properly in each scene.
Further, the present invention can be applied not only to the storage type IDO method but also to other calculation methods such as the CIP method.

また、第1の補間関数の係数を決定する際、fj+1/2、fj+1の3つの値を使うものとしたが、その他の値を使うものとしてもよい。
また、前記した、第1実施形態および第2実施形態における第1の補間関数、ならびに、第3実施形態における4次多項式の第1の補間関数は、一例であり、他の補間関数を用いてもよい。
Further, when determining the coefficient of the first interpolation function, three values f j , x f j + 1/2 and f j + 1 are used, but other values may be used.
Further, the first interpolation function in the first embodiment and the second embodiment described above and the first interpolation function of the fourth-order polynomial in the third embodiment are examples, and other interpolation functions are used. Also good.

また、第2の補間関数の係数としては、式(8)、(10)〜(12)に示した値そのものでなくても、それらに準ずる値を使用してもよい。それらに準ずる値とは、例えば、式(8)、(10)〜(12)における右辺の数字部分を少し変えた場合の値が考えられる。例えば、式(8)の右辺において、「5fj−1」を「4.9999fj−1」に置き換えても、計算の精度にあまり影響しないのは明らかである。また、例えば、j点とj+1の間に仮想点を考える際、j点とj+1のちょうど中間の点を仮想点としたが、それ以外に、中間の点から少しずれた点を仮想点としてもよい。その場合、第2の補間関数の係数は、式(8)、(10)〜(12)に示した値と少し異なったものとなるが、計算の精度にあまり影響がない範囲であれば、それらの少し異なった値も「準ずる値」に該当する。 In addition, as the coefficient of the second interpolation function, the values according to the equations (8) and (10) to (12) may be used instead of the values themselves. The value according to them may be, for example, a value obtained by slightly changing the numerical part on the right side in the equations (8) and (10) to (12). For example, it is clear that even if “5f j−1 ” is replaced with “4.99999f j−1 ” on the right side of Expression (8), the calculation accuracy is not significantly affected. Also, for example, when a virtual point is considered between j point and j + 1, a point exactly in the middle of j point and j + 1 is set as a virtual point, but other than that, a point slightly deviated from the intermediate point may be set as a virtual point. Good. In that case, the coefficient of the second interpolation function is slightly different from the values shown in the equations (8) and (10) to (12), but if the range does not significantly affect the accuracy of the calculation, Those slightly different values also fall under “similar values”.

その他、数値計算装置や各フローチャートなどの具体的な構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。   In addition, the specific configuration of the numerical calculation device and each flowchart can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

1 入力部
2 記憶部
3 メモリ
4 演算部
5 出力部
10 数値計算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input part 2 Memory | storage part 3 Memory 4 Operation part 5 Output part 10 Numerical calculation apparatus

Claims (8)

空間上の複数の定義点それぞれにおける1種類以上の流体に関する物理的な変数の値を、流体の物理現象を表す偏微分方程式を含む支配方程式と、前記偏微分方程式と局所的に近似する3次多項式であり前記定義点ごとに係数が決定される補間関数と、を用いて、所定の微小時間単位で更新する数値計算装置による数値計算方法であって、
前記数値計算装置は、記憶部と処理部とを有し、
前記記憶部は、前記支配方程式と、前記補間関数と、前記複数の定義点と、前記定義点ごとの前記変数の値と、を記憶しており、
前記定義点のうちの3点を、j−1点、j点、j+1点とし、基準点をj点とし、j−1点側を前記流体が移動してくる元の方向である風上とし、j+1点側を風上と反対の方向である風下とし、
前記各定義点j−1点、j点、j+1点について、それらの座標をx−Δx、x、x+Δxとし、それらの前記定義点ごとの変数のうちの1種類の変数の値をfj−1,f,fj+1とし、
前記定義点j−1点からj点までの当該変数の積分値をj−1/2、前記各定義点j点からj+1点までの当該変数の積分値をj+1/2とし、
前記補間関数を、次の式(6)とした場合、
F(x−x)=c(x−x+c(x−x+c(x−x)+c
・・・式(6)
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数cとして、次の式(8)で表す値またはそれに準ずる値を使用する
ことを特徴とする数値計算方法。
A governing equation including a partial differential equation representing a physical phenomenon of a fluid and a cubic that locally approximates the partial differential equation with respect to the value of one or more types of fluid at each of a plurality of definition points in space. A numerical calculation method by a numerical calculation device that updates in a predetermined minute time unit using an interpolation function that is a polynomial and a coefficient is determined for each definition point,
The numerical calculation device includes a storage unit and a processing unit,
The storage unit stores the governing equation, the interpolation function, the plurality of definition points, and the value of the variable for each definition point,
Of the defined points, three points are j−1 points, j points, and j + 1 points, a reference point is a j point, and a j−1 point side is an upwind that is the original direction in which the fluid moves. , J + 1 point side is the leeward direction opposite to the windward side,
For each of the defined points j−1, j, and j + 1, the coordinates are x j −Δx, x j , x j + Δx, and the value of one type of variable among the variables for each defined point Is f j−1 , f j , f j + 1 ,
The integral value of the variable from the defined point j-1 to the j point is x f j−1 / 2 , and the integral value of the variable from each defined point j to the j + 1 point is x f j + 1/2 ,
When the interpolation function is the following equation (6):
F (x-x j) = c 3 (x-x j) 3 + c 2 (x-x j) 2 + c 1 (x-x j) + c 0
... Formula (6)
The processor is
When the interpolation function represented by the equation (6) is used for the j point that is the reference point with reference to the storage unit, a value represented by the following equation (8) or a value equivalent thereto is used as the coefficient c 1. A numerical calculation method characterized by the use.
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数c、c、cとして、次の式(10)で表す値またはそれらに準ずる値を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の数値計算方法。
The processor is
With reference to the storage unit, when using the interpolation function represented by the equation (6) for the reference point j, it is represented by the following equation (10) as the coefficients c 3 , c 2 , c 0. 2. The numerical calculation method according to claim 1, wherein a value or a value equivalent thereto is used.
風上と風下が入れ替わり、j−1点側が風下となり、j+1点側を風上となった場合、
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数cとして、次の式(11)で表すc’の値またはそれに準ずる値を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の数値計算方法。
When the windward and leeward are swapped, the j-1 point side is leeward and the j + 1 point side is leeward,
The processor is
With reference to the storage unit, when using the interpolation function represented by the equation (6) for the reference point j, the value of c 1 ′ represented by the following equation (11) or the coefficient c 1 The numerical calculation method according to claim 1, wherein a value equivalent thereto is used.
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数c、c、cとして、次の式(12)で表すc’、c’、c’の値またはそれらに準ずる値を使用する
ことを特徴とする請求項3に記載の数値計算方法。
The processor is
When the interpolation function represented by the above equation (6) is used for the j point that is the reference point with reference to the storage unit, it is represented by the following equation (12) as the coefficients c 3 , c 2 , and c 0. The numerical calculation method according to claim 3, wherein values of c 3 ′, c 2 ′, and c 0 ′ or values equivalent thereto are used.
空間上の複数の定義点それぞれにおける1種類以上の流体に関する物理的な変数の値を、流体の物理現象を表す偏微分方程式を含む支配方程式と、前記偏微分方程式と局所的に近似する3次多項式であり前記定義点ごとに係数が決定される補間関数と、を用いて、所定の微小時間単位で更新する数値計算装置による数値計算方法であって、
前記数値計算装置は、記憶部と処理部とを有し、
前記記憶部は、前記支配方程式と、前記補間関数と、前記複数の定義点と、前記定義点ごとの前記変数の値と、を記憶しており、
前記定義点のうちの3点を、j−1点、j点、j+1点とし、基準点をj点とし、j−1点側を前記流体が移動してくる元の方向である風上とし、j+1点側を風上と反対の方向である風下とし、
前記各定義点j−1点、j点、j+1点について、それらの座標をx−Δx、x、x+Δxとし、それらの前記定義点ごとの変数のうちの1種類の変数の値をfj−1,f,fj+1とし、
前記定義点j−1点からj点までの当該変数の積分値をj−1/2、前記各定義点j点からj+1点までの当該変数の積分値をj+1/2とし、
前記補間関数を、次の式(6)とした場合、
F(x−x)=c(x−x+c(x−x+c(x−x)+c
・・・式(6)
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数cとして、次の式(13)で表す値またはそれに準ずる値を使用する
ことを特徴とする数値計算方法。
ただし、(√17−3)/4<α≦1/2
A governing equation including a partial differential equation representing a physical phenomenon of a fluid and a cubic that locally approximates the partial differential equation with respect to the value of one or more types of fluid at each of a plurality of definition points in space. A numerical calculation method by a numerical calculation device that updates in a predetermined minute time unit using an interpolation function that is a polynomial and a coefficient is determined for each definition point,
The numerical calculation device includes a storage unit and a processing unit,
The storage unit stores the governing equation, the interpolation function, the plurality of definition points, and the value of the variable for each definition point,
Of the defined points, three points are j−1 points, j points, and j + 1 points, a reference point is a j point, and a j−1 point side is an upwind that is the original direction in which the fluid moves. , J + 1 point side is the leeward direction opposite to the windward side,
For each of the defined points j−1, j, and j + 1, the coordinates are x j −Δx, x j , x j + Δx, and the value of one type of variable among the variables for each defined point Is f j−1 , f j , f j + 1 ,
The integral value of the variable from the defined point j-1 to the j point is x f j−1 / 2 , and the integral value of the variable from each defined point j to the j + 1 point is x f j + 1/2 ,
When the interpolation function is the following equation (6):
F (x-x j) = c 3 (x-x j) 3 + c 2 (x-x j) 2 + c 1 (x-x j) + c 0
... Formula (6)
The processor is
When the interpolation function represented by the equation (6) is used for the j point that is the reference point with reference to the storage unit, a value represented by the following equation (13) or a value equivalent thereto is used as the coefficient c 1. A numerical calculation method characterized by the use.
However, (√17-3) / 4 <α ≦ 1/2
空間上の複数の定義点それぞれにおける1種類以上の流体に関する物理的な変数の値を、流体の物理現象を表す偏微分方程式を含む支配方程式と、前記偏微分方程式と局所的に近似する3次多項式であり前記定義点ごとに係数が決定される補間関数と、を用いて、所定の微小時間単位で更新する数値計算装置による数値計算方法であって、
前記数値計算装置は、記憶部と処理部とを有し、
前記記憶部は、前記支配方程式と、前記補間関数と、前記複数の定義点と、前記定義点ごとの前記変数の値と、を記憶しており、
前記定義点のうちの3点を、j−1点、j点、j+1点とし、基準点をj点とし、j−1点側を前記流体が移動してくる元の方向である風上とし、j+1点側を風上と反対の方向である風下とし、
前記各定義点j−1点、j点、j+1点について、それらの座標をx−Δx、x、x+Δxとし、それらの前記定義点ごとの変数のうちの1種類の変数の値をfj−1,f,fj+1とし、
前記定義点j−1点からj点までの当該変数の積分値をj−1/2、前記各定義点j点からj+1点までの当該変数の積分値をj+1/2とし、
前記補間関数を、次の式(6)とした場合、
F(x−x)=c(x−x+c(x−x+c(x−x)+c
・・・式(6)
前記処理部は、
前記記憶部を参照し、前記基準点であるj点について、前記式(6)で表した補間関数を用いる際、前記係数cとして、次の式(17)で表す値またはそれに準ずる値を使用する
ことを特徴とする数値計算方法。
ただし、0<α<1
A governing equation including a partial differential equation representing a physical phenomenon of a fluid and a cubic that locally approximates the partial differential equation with respect to the value of one or more types of fluid at each of a plurality of definition points in space. A numerical calculation method by a numerical calculation device that updates in a predetermined minute time unit using an interpolation function that is a polynomial and a coefficient is determined for each definition point,
The numerical calculation device includes a storage unit and a processing unit,
The storage unit stores the governing equation, the interpolation function, the plurality of definition points, and the value of the variable for each definition point,
Of the defined points, three points are j−1 points, j points, and j + 1 points, a reference point is a j point, and a j−1 point side is an upwind that is the original direction in which the fluid moves. , J + 1 point side is the leeward direction opposite to the windward side,
For each of the defined points j−1, j, and j + 1, the coordinates are x j −Δx, x j , x j + Δx, and the value of one type of variable among the variables for each defined point Is f j−1 , f j , f j + 1 ,
The integral value of the variable from the defined point j-1 to the j point is x f j−1 / 2 , and the integral value of the variable from each defined point j to the j + 1 point is x f j + 1/2 ,
When the interpolation function is the following equation (6):
F (x-x j) = c 3 (x-x j) 3 + c 2 (x-x j) 2 + c 1 (x-x j) + c 0
... Formula (6)
The processor is
When the interpolation function represented by the equation (6) is used for the reference point j, with reference to the storage unit, a value represented by the following equation (17) or a value equivalent thereto is used as the coefficient c 1. A numerical calculation method characterized by the use.
However, 0 <α <1
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の数値計算方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform the numerical calculation method as described in any one of Claims 1-6. 請求項7に記載のプログラムを記録した記録媒体。   A recording medium on which the program according to claim 7 is recorded.
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