对流扩散方程的变步长摄动有限差分格式

摄动有限差分(PFD)方法是构造高精度差分格式的一种新方法。变步长摄动有限差分方法是等步长摄动有限差分方法的发展和推广。对需要局部加密网格的计算问题，变步长PFD格式不需要对自变量进行数学变换，且和等步长PFD格式一样，具有如下的共同特点：从变步长一阶迎风格式出发，通过把非微商项(对流系数和源项)作变步长摄动展开，展开幂级数系数通过消去摄动格式修正微分方程的截断误差项求出，由此获得高精度变步长PFD格式。该格式在一、二和三维情况下分别仅使用三、五和七个基点，且具有迎风性。文中利用变步长PFD格式对对流扩散反应模型方程，变系数方程及Burgers方程等进行了数值模拟，并与一阶迎风和二阶中心格式及其问题的精确解作了比较。数值试验表明，与一阶迎风和二阶中心格式相比，变步长PFD格式具有精度高，稳定性与收敛性好的特点。变步长PFD格式与等步长PFD格式相比，变步长PFD解在薄边界层型区域的分辨率得到了明显的提高。