对于等温不可压缩NS方程,推导动量方程采用BDF2格式离散时的增量型和非增量型分裂算法。
时间: 2024-04-09 10:29:42 浏览: 5
对于等温不可压缩NS方程,我们可以采用BDF2格式(Backward Differentiation Formula)进行时间离散化。BDF2格式是一种高阶隐式时间积分格式,可以提高数值稳定性和精度。
首先,我们将动量方程进行离散化,得到:
∂(ρu)/∂t + (∂(ρu^2)/∂x + ∂(ρuv)/∂y) = -∂p/∂x + μ(∂^2u/∂x^2 + ∂^2u/∂y^2)
∂(ρv)/∂t + (∂(ρuv)/∂x + ∂(ρv^2)/∂y) = -∂p/∂y + μ(∂^2v/∂x^2 + ∂^2v/∂y^2)
我们使用BDF2格式对时间进行离散化,推导增量型和非增量型的分裂算法。
增量型分裂算法(Incremental Splitting Algorithm):
1. 初始时刻 t = t0,给定初始条件 ρ^n, u^n, v^n。
2. 迭代时间步长 dt,计算预测速度场 u* 和 v*:
(ρu*) - (ρu^n) / dt = - (∂(ρu^2)/∂x + ∂(ρuv)/∂y)
(ρv*) - (ρv^n) / dt = - (∂(ρuv)/∂x + ∂(ρv^2)/∂y)
这里使用隐式格式来处理非线性项。
3. 在增量方程中引入压力项,利用连续性方程的离散化形式解压力方程:
∇^2p = (∂(ρu*)/∂x + ∂(ρv*)/∂y) / dt
对于二维问题,可以使用Poisson方程的离散格式求解压力。
4. 利用得到的压力场 p,更新速度场:
(ρu^n+1) = (ρu*) - (∂p/∂x) * dt
(ρv^n+1) = (ρv*) - (∂p/∂y) * dt
5. 更新时间步长。
6. 重复步骤2到步骤5,直到达到收敛条件。
非增量型分裂算法(Non-Incremental Splitting Algorithm):
1. 初始时刻 t = t0,给定初始条件 ρ^n, u^n, v^n。
2. 迭代时间步长 dt,计算预测速度场 u* 和 v*:
(ρu*) - (ρu^n) / dt = - (∂(ρu^2)/∂x + ∂(ρuv)/∂y)
(ρv*) - (ρv^n) / dt = - (∂(ρuv)/∂x + ∂(ρv^2)/∂y)
这里使用隐式格式来处理非线性项。
3. 在增量方程中引入压力项,利用连续性方程的离散化形式解压力方程:
∇^2p = (∂(ρu*)/∂x + ∂(ρv*)/∂y) / dt
对于二维问题,可以使用Poisson方程的离散格式求解压力。
4. 利用得到的压力场 p,更新速度场:
(ρu^n+1) = (ρu*) - (∂p/∂x) * dt
(ρv^n+1) = (ρv*) - (∂p/∂y) * dt
5. 更新时间步长。
6. 重复步骤2到步骤5,直到达到收敛条件。
以上是采用BDF2格式离散化时的增量型和非增量型分裂算法。这些算法可以用于求解等温不可压缩NS方程。