不可压库埃特流的数值解下平板处速度恒为零,上平板处速度恒为ue,用隐式克兰可尼克尔森方法与托马斯算法求解,能呈现某一时间的位置速度图
时间: 2024-03-04 07:50:48 浏览: 87
这是一个非常专业的问题,需要一些背景知识才能够回答。我可以给你一些关键词和思路,希望能够帮助你更好地理解这个问题。
首先,不可压库埃特流是一种流体力学问题,描述了在不可压缩流体中的运动。数值解是用计算机模拟这种流体运动的方法之一,可以得到流体在不同时间和位置的速度分布。
隐式克兰可尼克尔森方法是一种常用的数值解方法,用于求解偏微分方程,特别是对于稳定性要求较高的问题。托马斯算法是一种特殊的三对角线性方程组求解方法,可以用来解决隐式克兰可尼克尔森方法中的线性方程组。
在这个问题中,我们需要求解不可压库埃特流的速度分布,特别是在平板处的速度分布。根据问题描述,下平板处速度恒为零,上平板处速度恒为ue。因此,我们可以先将流体区域离散化成网格,然后在每个网格点上求解速度分布。
对于隐式克兰可尼克尔森方法,我们需要将偏微分方程转化为差分方程,然后用迭代的方式求解。具体来说,我们可以将差分方程表示为一个线性方程组,然后用托马斯算法求解。最终,我们可以得到某一时间的位置速度图,展示流体在不同位置的速度分布。
需要注意的是,这个问题非常复杂,需要考虑很多细节和条件。如果你有更具体的问题或需要更详细的解释,请随时问我。
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我需要不可压库埃特流的数值解的代码,用隐式克兰可尼克尔森方法与托马斯算法求解
以下是使用隐式克兰可尼克尔森方法和托马斯算法求解不可压库埃特流的数值解的 Python 代码:
```python
import numpy as np
# 常数定义
nx = 101 # 空间网格数
nt = 100 # 时间步数
dt = 0.0025 # 时间步长
dx = 2 / (nx - 1) # 空间步长
nu = 0.01 # 黏度
rho = 1 # 密度
# 初始化解
u = np.ones(nx)
u[int(0.5 / dx):int(1 / dx + 1)] = 2
# 隐式克兰可尼克尔森方法求解
for n in range(nt):
un = u.copy()
for i in range(1, nx - 1):
u[i] = un[i] + nu * dt / dx**2 * (un[i+1] - 2*un[i] + un[i-1])
# 使用托马斯算法求解隐式方程
a = np.zeros(nx)
b = np.zeros(nx)
c = np.zeros(nx)
d = np.zeros(nx)
a[1] = 0
b[0] = 1
c[-2] = 0
d[0] = u[0]
d[-1] = u[-1]
for i in range(1, nx - 1):
a[i] = -nu * dt / dx**2
b[i] = 1 + 2 * nu * dt / dx**2
c[i] = -nu * dt / dx**2
d[i] = u[i]
# 使用 TDMA 求解线性方程组
for i in range(2, nx):
w = a[i] / b[i-1]
b[i] = b[i] - w * c[i-1]
d[i] = d[i] - w * d[i-1]
u[-2] = d[-2] / b[-2]
for i in range(nx - 3, -1, -1):
u[i] = (d[i] - c[i] * u[i+1]) / b[i]
# 输出结果
print(u)
```
需要注意的是,以上代码是一个简单的实现,可能存在效率和精度问题。如果需要更高效或更精确的求解方法,可以考虑使用其他算法或库。
我需要不可压库埃特流的数值解的代码,用隐式克兰可尼克尔森方法与托马斯算法求解,雷诺数为5000,速度左边界条件为0,右边界条件为1
好的,我可以为你提供一个基于Python的数值解代码。代码中使用了隐式克兰可尼克尔森方法与托马斯算法求解不可压库埃特流的数值解,雷诺数为5000,速度左边界条件为0,右边界条件为1。
请注意,代码中的参数可能需要根据你的具体情况进行调整。
代码如下:
```python
import numpy as np
from scipy.linalg import solve_banded
# 设置参数
nx = 101 # 网格数
ny = 101
nt = 10
nit = 50 # 迭代次数
c = 1 # 网格间距
dx = 2 / (nx - 1)
dy = 2 / (ny - 1)
sigma = 0.01 # 稳定性条件
nu = 0.1 # 粘度
dt = sigma * dx * dy / nu # 时间步长
# 初始化网格
u = np.zeros((ny, nx)) # x方向速度
v = np.zeros((ny, nx)) # y方向速度
p = np.zeros((ny, nx)) # 压力
b = np.zeros((ny, nx)) # Poisson方程中的右侧项
# 设置边界条件
u[0, :] = 0
u[-1, :] = 0
u[:, 0] = 0
u[:, -1] = 1
v[0, :] = 0
v[-1, :] = 0
v[:, 0] = 0
v[:, -1] = 0
# 迭代求解
for n in range(nt):
un = u.copy()
vn = v.copy()
b[1:-1, 1:-1] = (1 / dt * (u[1:-1, 2:] - u[1:-1, 0:-2]) -
(u[2:, 1:-1] - u[0:-2, 1:-1]) / (2 * dy))
b[1:-1, 1:-1] -= (1 / (2 * dx * dx) *
((p[1:-1, 2:] - 2 * p[1:-1, 1:-1] + p[1:-1, 0:-2]) +
(p[2:, 1:-1] - 2 * p[1:-1, 1:-1] + p[0:-2, 1:-1])))
for q in range(nit):
pn = p.copy()
banded_matrix = np.zeros((3, nx))
banded_matrix[0, 1:-1] = -1 / (2 * dx * dx)
banded_matrix[1, 1:-1] = 1 / dt + 1 / (dx * dx) + 1 / (dy * dy)
banded_matrix[2, 1:-1] = -1 / (2 * dx * dx)
# Thomas算法求解Poisson方程
for j in range(1, ny - 1):
banded_matrix[1, 1] = 1 / dt + 1 / (dx * dx) + 1 / (dy * dy)
banded_matrix[2, 1] = -1 / (2 * dx * dx)
banded_matrix[1, -2] = 1 / dt + 1 / (dx * dx) + 1 / (dy * dy)
banded_matrix[0, -2] = -1 / (2 * dx * dx)
pn[j, 1:-1] = solve_banded((1, 1), banded_matrix,
b[j, 1:-1])[::-1]
# 更新速度和压力
u[1:-1, 1:-1] = (un[1:-1, 1:-1] -
un[1:-1, 1:-1] * dt / dx *
(un[1:-1, 1:-1] - un[1:-1, 0:-2]) -
vn[1:-1, 1:-1] * dt / dy *
(un[1:-1, 1:-1] - un[0:-2, 1:-1]) -
dt / (2 * rho * dx) *
(pn[1:-1, 2:] - pn[1:-1, 0:-2]) +
nu * (dt / (dx * dx) *
(un[1:-1, 2:] - 2 * un[1:-1, 1:-1] + un[1:-1, 0:-2]) +
dt / (dy * dy) *
(un[2:, 1:-1] - 2 * un[1:-1, 1:-1] + un[0:-2, 1:-1])))
v[1:-1, 1:-1] = (vn[1:-1, 1:-1] -
un[1:-1, 1:-1] * dt / dx *
(vn[1:-1, 1:-1] - vn[1:-1, 0:-2]) -
vn[1:-1, 1:-1] * dt / dy *
(vn[1:-1, 1:-1] - vn[0:-2, 1:-1]) -
dt / (2 * rho * dy) *
(pn[2:, 1:-1] - pn[0:-2, 1:-1]) +
nu * (dt / (dx * dx) *
(vn[1:-1, 2:] - 2 * vn[1:-1, 1:-1] + vn[1:-1, 0:-2]) +
dt / (dy * dy) *
(vn[2:, 1:-1] - 2 * vn[1:-1, 1:-1] + vn[0:-2, 1:-1])))
# 边界条件
u[0, :] = 0
u[-1, :] = 0
u[:, 0] = 0
u[:, -1] = 1
v[0, :] = 0
v[-1, :] = 0
v[:, 0] = 0
v[:, -1] = 0
print(u)
print(v)
print(p)
```
希望对你有所帮助!
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