Řešení Navierových-Stokesových rovnic metodou



Podobné dokumenty
Úloha 1 Přenos tepla

I. MECHANIKA 8. Pružnost

L HOSPITALOVO PRAVIDLO

1. Okrajové podmínky pro tepeln technické výpo ty

Matematické modelování ve stavební fyzice

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Aplikace VAR ocenění tržních rizik

Numerická matematika 1. t = D u. x 2 (1) tato rovnice určuje chování funkce u(t, x), která závisí na dvou proměnných. První

u (x i ) U i 1 2U i +U i+1 h 2. Na hranicích oblasti jsou uzlové hodnoty dány okrajovými podmínkami bud přímo

M ě ř e n í o d p o r u r e z i s t o r ů

část 8. (rough draft version)

Pracovní list č. 6: Stabilita svahu. Stabilita svahu. Návrh či posouzení svahu zemního tělesa. FS s

Korelační energie. Celkovou elektronovou energii molekuly lze experimentálně určit ze vztahu. E vib. = E at. = 39,856, E d

Při výpočtu složitějších integrálů používáme i u určitých integrálů metodu per partes a substituční metodu.

Trivium z optiky Fotometrie

Vliv prostupů tepla mezi byty na spravedlivost rozúčtování nákladů na vytápění

F=F r1 +F r2 -Fl 1 = -F r2 (l 1 +l 2 )

INTERGRÁLNÍ POČET. PRIMITIVNÍ FUNKCE (neurčitý integrál)

Jednokapalinové přiblížení (MHD-magnetohydrodynamika)

hledané funkce y jedné proměnné.

Stabilizace Galerkin Least Squares pro

Difúze. 0 m n pu p m n pu kbt n. n u D n n m. Fickův zákon Po dosazení do rovnice kontinuity

Měrná vnitřní práce tepelné turbíny při adiabatické expanzi v T-s diagramu

Fyzikální podstata fotovoltaické přeměny solární energie

9. Kombinované namáhání O kombinovaném namáhání nosníku mluvíme, když průřez namáhán nějakou kombinací vnitřních sil:

Ivana Linkeová SPECIÁLNÍ PŘÍPADY NURBS REPREZENTACE. 2 NURBS reprezentace křivek




Doc. RNDr. Libor Čermák, CSc. Algoritmy

1.1. Formulace. Hledáme rychlost u = (u 1, u 2 ) T splněna Stokesova rovnice. a tlak p ve dvourozměrné oblasti Ω tak, aby byla. µ u + p = f v Ω, (1.

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

H - Řízení technologického procesu logickými obvody

- 1 - Druhá přednáška o axiomu jednoty CHYBY NIELSE BOHRA. Ph.M. Kanarev. 1. Úvod

4. PRŮBĚH FUNKCE. = f(x) načrtnout.

základní pojmy základní pojmy teorie základní pojmy teorie základní pojmy teorie základní pojmy teorie

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

MODELOVÁNÍ A SIMULACE

ZADÁNÍ ZKOUŠKOVÉ PÍSEMNÉ PRÁCE Z PŘEDMĚTU LINEÁRNÍ ALGEBRA PRO IT. Verze 1.1A

Numerická matematika A

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Zjednodušený výpočet tranzistorového zesilovače

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

USE OF ELASTICITY CATEGORY IN FORMING OF PERSPECTIVE AGRICULTURAL POLICY TOWARDS SUSTAINABLE DEVELOPMENT

PŘÍDAVNÁ JMÉNA


Einstein, Georg Pick a matematika

Dnešní látka: Literatura: Kapitoly 3 a 4 ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.


Copyright c R.Fučík FJFI ČVUT Praha, 2008

1. Zpracování rastrových obrazů

Co jsme udělali: Au = f, u D(A)

Úloha č. 11. H0 e. (4) tzv. Stefanův - Bo1tzmannův zákon a 2. H λ dλ (5)

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

6. Demonstrační simulační projekt generátory vstupních proudů simulačního modelu

Ekonometrická analýza panelových dat s aplikací na vybavenost domácností

Fyzika biopolymerů. Elektrostatické interakce makromolekul ve vodných roztocích. Vodné roztoky. Elektrostatická Poissonova rovnice.

Tepelná kapacita = T. Ē = 1 2 hν + hν. 1 = 1 e x. ln dx. Einsteinův výpočet (1907): Soustava N nezávislých oscilátorů se stejnou vlastní frekvencí má

Přibližné řešení algebraických rovnic

REGULACE. Rozvětvené regulační obvody. rozvětvené regulační obvody dvoupolohová regulace regulační schémata typických technologických aparátů

799,- 649,- 649,- Sledujte nás na. místo 1199,- NEJ CENA. místo 949,- NEJ CENA. místo 1099,- NEJ CENA -33% -31% -40%

é ž é ú é ý ů ý ů ý ů ý ý ý Ž Č Š ž Ť ď ý ú é ž š ž ž Č ý ý é ý ž Ž š é

Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu ČSN EN Ing. Petr Horák, Ph.D.

Letem světem s aerobikem v Podolí u Brna aneb jak prožila den Kateřina Křístková - lektorka z Ostravy

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

Sylabus 18. Stabilita svahu

POROVNÁNÍ MEZI SKUPINAMI

Polarizací v podstatě rozumíme skutečnost, že plně respektujeme vektorový charakter veličin E, H, D, B. Rovinnou vlnu šířící se ve směru z

Beton C25/30: charakteristická pevnost betonu v tlaku f ck. návrhová pevnost betonu v tlaku. střední pevnost betonu v tahu modul pružnosti

Teorie elektrických ochran

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

VARIFLEX. 0,25 až 4 kw.

7. Jaderná a ásticová fyzika

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ IZOLAČNÍ MATERIÁLY M02 TECHNICKÉ IZOLACE

(1) Známe-li u vyšetřovaného zdroje závislost spektrální emisivity M λ

PRUŽNOST A PEVNOST II

Nelineární analýza materiálů a konstrukcí (V-132YNAK) Přednáška 2 Princip metody konečných prvků

MATEMATICKÝ MODEL POHODLÍ CESTUJÍCÍCH NA LINCE VEŘEJNÉ HROMADNÉ DOPRAVY


Měrný náboj elektronu

6 Elektronový spin. 6.1 Pojem spinu

3 Základní modely reaktorů

Frekvenční měnič pro střídavý proud v jednoduchosti je krása... Š. Kd st a

poznámky ke 3. přednášce volitelného předmětu PG na FCHI VŠCHT Martina Mudrová březen 2005

Nařízení č. 01/CZ/11. členů představenstva X-Trade Brokers DM S.A. z 12. ledna 2011

CVIČENÍ č. 3 STATIKA TEKUTIN

SROVNÁNÍ KOLORIMETRICKÝCH ZKRESLENÍ SNÍMACÍCH SOUSTAV XYZ A RGB Jan Kaiser, Emil Košťál xkaiserj@feld.cvut.cz

Navazující magisterské studium MATEMATIKA 2016 zadání A str.1 Z uvedených odpovědí je vždy

Energie elektrického pole

Rentgenová strukturní analýza

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Laboratoře TZB. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze

Filip Klouda. nepolygonální hranice v nespojité Galerkinově

Monte Carlo metody Josef Pelikán CGG MFF UK Praha.

4.3.2 Vlastní a příměsové polovodiče

Ing. Ondrej Panák, Katedra polygrafie a fotofyziky, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice

1. Průchod optického záření absorbujícím prostředím

Mechatronické systémy s elektronicky komutovanými motory

Zvýšení bezpečnosti provozu na vrátnici

Sledujte nás na -42% Outdoorová obuv Wentwood GTX. místo 3499,- Nabídka platí od do nebo do vyprodání zásob.

ALGORITMUS SILOVÉ METODY

Transkript:

Řšní Navrovýc-Stoksovýc rovnc mtodou končnýc prvků Lbor Črmák prosnc 2009 Označní: Abstrakt Txt obsauj klasckou a varační formulac 2D-úloy nstlačtlnéo nstaconárnío proudění, pops prostorové dskrtzac mtodou končnýc prvků, časovou dskrtzac mplctní BDF1 a BDF2 formulí, lnarzac Osnovou a Nwtonovou mtodou, stablzac mtodou SUPG/PSPG/LSIC nbo GLS. Ω... rovnná oblast [0, T ]... časový ntrval x = (x 1, x 2 )... bod rovnné oblast Ω n = (n 1, n 2 )... jdnotková vnější normála ranc Ω t... čas u = (u 1, u 2 ), u = u (x, t)... ryclost p(x, t)... knmatcký tlak ε(u) = {ε j (u)} 2,j=1... tnzor ryclost dformac f = (f 1, f 2 ), f = f (x, t)... knmatcká strvačná síla ν... knmatcká vskozta Užívám Enstnovu sumační konvnc: pokud s v jdnom člnu vyskytuj ndx dvakrát, sčítá s přs něj od 1 do 2. Navr-Stoksovy rovnc: u t + u u j 2ν ε j(u) x j x j Rovnc kontnuty: + p x = f, = 1, 2, (x, t) Ω (0, T ). (1) u x = 0, (x, t) Ω (0, T ). (2) Okrajová podmínka Drcltova typu, přdpsána ryclost: u = g, = 1, 2, (x, t) Γ 1 (0, T ). (3) 1

Okrajová podmínka Numannova typu, přdpsáno napětí: 2νε j (u)n j pn = σ, = 1, 2, (x, t) Γ 2 (0, T ). (4) Počátční podmínka: u (x, 0) = u 0 (x), x Ω. (5) Složky tnzoru ryclost dformac: ε j (u) = 1 ( u + u ) j, 2 x j x, j = 1, 2. (6) Hranc Ω j sjdnocním částí Γ 1 a Γ 2 : Ω = Γ 1 Γ 2, Γ 1 Γ 2 =. (7) Zvolím tstovací funkc v = (v 1, v 2 ), v = v (x), s vlastností: v = 0, = 1, 2, x Γ 1, (8) a tstovací funkc q. Rovnc (1) násobím v, ntgrujm přs Ω, užjm Grnovu větu, uplatním podmínku (8) a okrajovou podmínku (4). Rovnc (2) násobím q a ntgrujm přs Ω. Takto získané rovnc sčtm a dostanm a(u, p, u; v, q) =0, kd [ u a(u, p, w; v, q) = Ω t v u + w j v + 2νε j (u)ε j (v) p v f v + u ] q dx x j x x σ v ds. (9) Γ 2 Oblast Ω trangulujm, prvky značím, Ω =, každé dva různé prvky jsou bud to dsjunktní nbo mají spolčnou jdnu stranu nbo jdn vrcol. Nct Ω = Γ 1 Γ 2, Γ 1 Γ 2 =, Γ1 Γ 2 = Γ 1 Γ 2. Aproxmac u (x, t) ryclost u j po prvcíc polynom stupně d v svým odnotam v uzlc Pj prvku, jdnoznačně určný u (, t) V g (t) = {w w C( Ω ), w P dv (), w (P j ) = g (P j, t) P j Γ 1 } (10) (přdpokládám, ž P j Γ 1 P j Γ 1 ). Aproxmac v (x) tstovací funkc v: v V 0 = {w w C( Ω ), w P dv (), w (P j ) = 0 P j Γ 1 }. (11) 2

Aproxmac p (x, t) tlaku p a aproxmac q (x) odpovídající tstovací funkc q j po prvcíc polynom stupně d p (obvykl d p d v ): p (, t), q M = {w C( Ω ), w P dp ()}. (12) Dfnujm stablzační čln: a s (u, p, w; v, q) = [ u t + w u j 2ν ε j(u) x j x j + δ u v j dx. x x j V něm jako tstovací funkc brm: ψ (w; v, q) = τ uw l v x l τ s [ 2ν ε l(v) x l ] + τp + p ] f ψ (w; v, q) dx+ x (13) q x. (14) Vodnou volbu stablzujícíc číslnýc paramtrů τ u, τ p, τ s a δ uvdm pozděj. Všmnět s: j-l u a p klascké řšní rovnc (1), (2), pak a s (u, p, u; v, q) = 0. Dfnujm formu A jako součt form a, a s : A(u, p, w; v, q) = a(u, p, w; v, q) + a s (u, p, w; v, q). (15) Žádám, aby pro přblžné řšní u, p platlo: (u, p )(, t) V g (t) M : A(u, p, u ; v, q ) = 0 (v, q ) V 0 M, t (0, T ). (16) Na ntrvalu [0, T ] zvolím dělní 0 = t 0 < t 1 < < t n 1 < t n < < t m = T. Časový krok t n = t n t n 1, n = 1, 2,..., m. V rovnc (16) zapsané pro čas t = t n naradím časovou drvac zpětnou dfrncí: u (x, t n ) t u (x, t n ) u (x, t n 1 ) t n. Přblžné řšní v čas t n značím u n u(, t n ), p n p(, t n ). 3

Z formy a dostanm dvě formy b a c. Blnární forma b obsauj dskrtzac časové drvac, oprot formě a v ní však cybí konvkční čln: [ u u n 1 b(u, p; v, q) = v + 2νε j (u)ε j (v) p v f n v + u ] q dx (17) Ω t n x x σ n v ds. Γ 2 Konvkční čln tvoří trlnární formu u c(u, w; v) = w j v dx. (18) Ω x j Také v stablzačním člnu a s naradím časovou drvac dfrncí a dostanm formu b s (u, p, w; v, q) = = [ u u n 1 t n + δ u v j dx. Ω x x j u + w j 2ν ε j(u) + p ] f n ψ (w; v, q) dx+ x j x j x (19) Přblžné řšní tdy má splňovat: (u n, p n ) V g (t n) M : B(u n, u n, p n ; v, q) = 0 (v, q ) V 0 M, n = 1, 2,..., kd B(u, w, p ; v, q) = b(u, p ; v, q) + c(u, w ; v) + b s (u, p, w ; v, q). (20) Pro n > 1 lz místo mplctní Eulrovy formul (nbo-l BDF1 formul řádu 1) použít přsnější BDF2 formul (řádu 2) založnou na aproxmac u (x, t n ) t V formác b, b s v tom případě 3u (x, t n ) 4u (x, t n 1 ) + u (x, t n 2 ) 2 t n. naradím čln u u n 1 člnm 3u 4u n 1 + u n 2. t n 2 t n Úloa (20) j nlnární a to jak v konvkčním člnu c tak v stablzačním člnu b s. J proto třba použít trační mtodu. Aproxmac počítané tračním procsm značím orním ndxm k, tj. u n,k, pn,k. Jako počátční aproxmac un,0, pn,0 lz vzít odnoty u n 1, p n 1 z přdcozío času t n 1. Jdnoducá lnarzac, známá jako Osnova mtoda, počítá u n,k, p n,k z rovnc B(u n,k, un,k 1, p n,k ; v, q) = 0, k = 1, 2,.... (21) 4

Důmyslnější lnarzac založná na Nwtonově mtodě aplkované na konvkční čln c vd na scéma B(u n,k, un,k 1, p n,k ; v, q) + c(un,k 1, u n,k ; v) c(un,k 1, u n,k 1 Paramtry stablzac τu, τp, τs z násldujícíc mtod, vz [6]: 1) SUPG (stramln upwnd Ptrov-Galrkn), 2) PSPG (prssur stablzng Ptrov-Galrkn), 3) LSIC (last squars on ncomprssblty constrant). ; v) = 0, k = 1, 2,.... (22) a δ s nastavují užtím jdné nbo současně několka Další altrnatvou j použtí mtody GLS (Galrkn last squars). Násldují tř osvědčné volby stablzačníc paramtrů: 1) SUPG+PSPG+LSIC pro případ, ž ryclost jsou aproxmovány polynomm stupně d v větším nž j stupň d p aproxmac tlaku. Populární Taylor-Hookovy prvky používají d v = d p + 1. Volím, vz [3]: τu = τp = 1 [ ] 2, τ d 2 s = 0, δ = 1, (23) v kd j caraktrstcký průměr trojúlníka, například = max j njdlší strana. 2) SUPG+PSPG+LSIC pro případ, ž ryclost tlak jsou aproxmovány polynomm téož stupně. Volím, vz [1]: ( δ = ν 1 + ū,n,k 1 + [ ) ] 2, τu = τp = [ ] 2, τ ν ν t δ s = 0, (24) kd ū,n,k 1 j caraktrstcká délka vktoru ryclost u,n,k 1 na trojúlníku, například ryclost u,n,k 1 C v těžšt C trojúlníka. 3) V případě mtody GLS volím, vz [2]: 1, 0 R < 1, 4νλ τu = τp = τs max = 1 λ max ū,n,k 1, R 1, δ = τ s ū,n,k 1 2. Přtom λ max j njvětší vlastní číslo úloy ε j (v) ε k (v) dx = λ ε j (v)ε j (v) dx x j x k V = {v v P dv (), = 1, 2}, { V0 = 5 v V v V /V 0, kd R = ū,n,k 1 4ν, λ max } ε j (v)ε j (v) dx = 0. (25) (26)

Symbolm V /V 0 Prostor V 0 rozumím faktorový prostor prostoru V podl podprostoru V má dmnz 3. Př praktckém výpočtu lz faktorový prostor V /V 0 prostoru V dmnz 2d v 3, například naradt vodným podprostorm ˆV ˆV = {v V v 1 (P 1 ) = v 1 (P 2 ) = v 2 (P 1 ) = 0}. Vlastní čísla λ max nzávsjí na n an na k, počítají s tdy jn jdnou. 0. Jako caraktrstcký průměr trojúlníka lz v (24), (25) použít rovněž průměr u trojúlníka v směru ryclost ū,n,k 1, vz [5]: u = 2 ū,n,k 1 3 (27) j=1 ū,n,k 1 L j, kd {L j} 3 j=1 jsou lnární bázové funkc příslušné vrcolům trojúlníka, vz [6]. Ltratura [1] M. Braack, E. Burman, V. Jon, G. Lub: Stablzd fnt lmnt for t gnralzd Osn problm, Comput. Mtods Appl. Mc. Engrg. 196 (2007), 853-866. [2] L. P. Franca, A. L. Madurra: Elmnt damtr fr stablty paramtrs for stablzd mtods appld to fluds, Comput. Mtods Appl. Mc. Engrg. 105 (1993), 395-403. [3] T. Glard, G. Lub, M.A. Olsansk, J.H. Starck: Stablzd fnt lmnt scms wt LBB-stabl lmnts for ncomprssbl flows, J. Comp. Appl. Mat. 177 (2005), 243-267. [4] P.G. Grso, R.S. San: Incomprssbl Flow and t Fnt Elmnt Mtod. Vol 2: Isotrmal Lamnar Flow, Jon Wly & Sons, Ccstr, 2000. [5] P. Sváčk: Numrcal smulaton of arolastc problms wt consdraton of nonlnar ffcts, Engnrng MECHANICS, Vol. 16, No. 1, (2009), 13-28. [6] T.E. Tzduyar: Fnt lmnts n fluds: Stablzd formulatons and movng boundars and ntrfacs, Computr & Fluds 36 (2007), 191-206. 6