理论教育 控制方程的离散化方法详解

控制方程的离散化方法详解

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过引入通用张量,方程式~式可统一写成如下形式式中,Γ为扩散系数,S为源项。假设变量在时间t到t+Δt内的变化规律符合下面的方程式中,fx是一个在0到1之间变化的加权因子。但是与显式离散模式和Crank-Nicholson模式相比,全隐式算法能够兼顾解的稳定性和物理上的真实性。因此这里令fx=1,得到全隐式算法离散后的通用控制方程如下图11-2 fx分别取0、0.5和1时,变量随时间的变化关系[266]

控制方程的离散化方法详解

通过引入通用张量ϕ,方程式(11-1)~式(11-3)可统一写成如下形式

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式中,Γϕ为扩散系数Sϕϕ为源项。式(11-5)中,左边第一项为瞬态项,表示单位体积内ϕ的变化率,左边第二项为对流项,表示单位体积内对流产生的ϕ的流出率,左边第三项是扩散项,代表由扩散引起的ϕ的变化率,右边为源项,表示单位体积内ϕ的产生或消失量。

将式(11-5)沿单元P的控制体积VP和时间t积分,得到积分形式的通用方程

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采用静止的同位网格系统,假设变量ϕ沿控制体积线性分布,用欧拉隐式算法处理瞬态问题,将源项线性处理Sϕ(ϕ)=Su+SPϕ,根据高斯散度定理,可得到半离散形式的控制方程[265]

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式中,F为通过单元面f的质量流率F=S·(ρU)f;S为单元面的外法向向量;上标ttt分别代表ttt时刻的变量值;下标Pf分别代表单元P和单元面f上的变量值。

假设变量ϕ在时间ttt内的变化规律符合下面的方程(www.daowen.com)

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式中,fx是一个在0到1之间变化的加权因子。

假设密度和扩散强度不随时间变化,即ρt=ρtt=ρΓt=Γtt=Γ。当fx分别取0、0.5和1时,变量ϕ随时间的变化关系如图11-2所示。

fx=1时,为全隐式离散模式,在时间上为一阶精度,不如Crank-Nicholson方法精确。但是与显式离散模式和Crank-Nicholson模式相比,全隐式算法能够兼顾解的稳定性和物理上的真实性。因此这里令fx=1,得到全隐式算法离散后的通用控制方程如下

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图11-2 fx分别取0、0.5和1时,变量ϕ随时间的变化关系[266]

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