/ / Navier-Stokes ligninger. Matematisk modellering. Løsning af systemer med differentialligninger

Navier-Stokes ligninger. Matematisk modellering. Løsning af systemer med differentialligninger

Systemet med Navier-Stokes-ligninger anvendes tilteorien om stabilitet i nogle strømme såvel som til beskrivelsen af ​​turbulens. Derudover er udviklingen af ​​mekanik baseret på den, der er direkte relateret til generelle matematiske modeller. Generelt har disse ligninger en enorm mængde information og er lidt undersøgt, men de blev afledt i midten af ​​det nittende århundrede. De vigtigste tilfælde, der forekommer, betragtes som klassiske uligheder, det vil sige en ideel usynlig fluid og grænselag. De oprindelige data kan resultere i ligninger af akustik, stabilitet, gennemsnitlige turbulente bevægelser og indre bølger.

Navier Stokes ligninger

Dannelse og udvikling af uligheder

De originale Navier-Stokes-ligninger harenorme data om fysiske effekter, og konsekvensens uligheder er forskellige, fordi de har kompleksiteten af ​​karakteristiske træk. I betragtning af det faktum, at de også er ikke-lineære, ikke-stationære med tilstedeværelsen af ​​en lille parameter med et iboende højeste derivat og arten af ​​rumbevægelse, kan de studeres ved hjælp af numeriske metoder.

Direkte matematisk modelleringturbulens og fluidbevægelse i strukturen af ​​ikke-lineære differentialligninger har en direkte og grundlæggende betydning i dette system. De numeriske løsninger af Navier-Stokes var komplekse, afhængigt af et stort antal parametre, derfor forårsagede de diskussioner og blev betragtet som usædvanlige. I 60'erne var udviklingen af ​​hydrodynamik og matematiske metoder imidlertid baseret på dannelse og forbedring samt den udbredte brug af computere.

Yderligere information om Stokes-systemet

Moderne matematisk modellering i strukturen af ​​Navier-uligheder er fuldt ud dannet og betragtes som en uafhængig retning inden for videnområder:

  • mekanik af væske og gas;
  • aerohydrodynamics;
  • maskinteknik;
  • energi;
  • naturlige fænomener;
  • teknologi.

De fleste anvendelser af denne artkræver konstruktive og hurtige løsninger til arbejdsgangen. Præcis beregning af alle variabler i dette system øger pålideligheden, reducerer metalforbruget og volumen af ​​strømkredsløb. Som et resultat reduceres forarbejdningsomkostningerne, den operationelle og teknologiske komponent i maskiner og enheder forbedres, materialernes kvalitet bliver højere. Den kontinuerlige vækst og produktivitet af computere gør det muligt at forbedre numerisk modellering samt lignende metoder til at løse systemer med differentialligninger. Alle matematiske metoder og systemer udvikler sig objektivt under påvirkning af Navier-Stokes uligheder, som indeholder betydelige videnreserver.

Ikke-lineære differentialligninger

Naturlig konvektion

Problemerne med viskøs væskemekanik blev undersøgt påbaseret på Stokes ligninger, naturlig konvektiv varme og masseoverførsel. Derudover har anvendelser af dette område gjort fremskridt som et resultat af teoretisk praksis. Inhomogenitet af temperatur, væskesammensætning, gas og tyngdekraft forårsager visse udsving, der kaldes naturlig konvektion. Det er også tyngdekraften, som også er opdelt i varme- og koncentrationsgrene.

Blandt andet deles dette udtryktermokapillær og andre typer konvektion. De eksisterende mekanismer er universelle. De er involveret og ligger til grund for de fleste bevægelser af gas, væske, som findes og findes i den naturlige sfære. Derudover påvirker og påvirker de strukturelle elementer baseret på termiske systemer såvel som ensartethed, effektivitet til varmeisolering, adskillelse af stoffer, strukturel perfektion af materialer skabt fra væskefasen.

Funktioner i denne klasse af bevægelser

Fysiske kriterier udtrykkes i en kompleks intern struktur. I dette system er flowkernen og grænselaget vanskelige at skelne mellem. Derudover er følgende variabler specielle:

  • gensidig indflydelse fra forskellige felter (bevægelse, temperatur, koncentration);
  • den stærke afhængighed af de ovennævnte parametre forekommer på grænsen, indledende betingelser, som igen bestemmer lighedskriterierne og forskellige komplicerede faktorer;
  • numeriske værdier i naturen, teknologiændring i bred forstand
  • som et resultat bliver driften af ​​tekniske og lignende installationer vanskelig.

Fysiske egenskaber af stoffer, der ændrer sig iet bredt spektrum under indflydelse af forskellige faktorer såvel som geometri og randbetingelser påvirker konvektionsproblemet, og hvert af de specificerede kriterier spiller en vigtig rolle. Karakteristika ved masseoverførsel og varme afhænger af en række forskellige parametre. Til praktiske anvendelser kræves traditionelle definitioner: strømme, forskellige elementer i designtilstandene, temperaturstratificering, konvektionsstruktur, mikro- og makroinhomogeniteter af koncentrationsfelter.

Matematisk modellering

Ikke-lineære differentialligninger og deres løsning

Matematisk modellering eller med andre ordmetoder til beregningseksperimenter er udviklet under hensyntagen til et specifikt system af ikke-lineære ligninger. En forbedret form for afledning af uligheder består af flere faser:

  1. Valget af en fysisk model af det fænomen, der undersøges.
  2. De originale værdier, der definerer det, er grupperet i et datasæt.
  3. Den matematiske model til løsning af Navier-Stokes ligninger og randbetingelser beskriver det skabte fænomen til en vis grad.
  4. Der udvikles en metode eller metode til beregning af problemet.
  5. Der udvikles et program til løsning af systemer med differentialligninger.
  6. Beregninger, analyse og behandling af resultater.
  7. Anvendelse i praksis.

Det følger af alt dette, at hovedopgaven ernår den korrekte konklusion baseret på disse handlinger. Det vil sige, at et fysisk eksperiment, der anvendes i praksis, skal udlede visse resultater og skabe en konklusion om rigtigheden og tilgængeligheden af ​​en model eller et computerprogram udviklet til dette fænomen. I sidste ende kan man bedømme om en forbedret måde at beregne på, eller at den skal forbedres.

Løsning af systemer med differentialligninger

Hvert bestemt trin afhænger direkte afgivne parametre for emneområdet. Den matematiske metode udføres for at løse systemer med ikke-lineære ligninger, der hører til forskellige klasser af problemer og deres beregning. Indholdet af hver kræver fuldstændighed, nøjagtighed af fysiske beskrivelser af processen samt funktioner i de praktiske anvendelser af et af de studerede fagområder.

Matematisk beregningsmetode baseret påMetoder til løsning af ikke-lineære Stokes-ligninger anvendes i væske- og gasmekanik og betragtes som det næste trin efter Eulers teori og grænselag. I denne version af beregningen er der således høje krav til effektivitet, hastighed og behandlingsperfektion. Disse retningslinjer gælder især for strømningsregimer, der kan blive ustabile og blive til turbulens.

Løsning af systemer med differentialligninger

Mere om handlingskæde

Den teknologiske k

Numeriske løsninger på ikke-stationære uligheder

At opbygge et nummereringssystem til problemer,det er nødvendigt at afsløre rækkefølgen af ​​Stokes differentialligning. Faktisk indeholder den det klassiske skema med todimensionelle uligheder til konvektion, varme og masseoverførsel af Boussinesq. Alt dette udledes af den generelle klasse af Stokes-problemer på en komprimerbar væske, hvis densitet ikke afhænger af tryk, men er relateret til temperaturen. I teorien betragtes det som dynamisk og statisk stabil.

Under hensyntagen til Boussinesq-teorien, alt termodynamiskparametre og deres værdier med afvigelser ændres ikke meget og forbliver svarende til statisk ligevægt og forhold, der er forbundet med det. Modellen oprettet på baggrund af denne teori tager højde for de minimale udsving og mulige uenigheder i systemet, når sammensætningen eller temperaturen ændres. Således ser Boussinesq-ligningen sådan ud: p = p (c, T). Temperatur, urenhed, tryk. Desuden er densitet en uafhængig variabel.

Metoder til løsning af systemer med differentialligninger

Essensen af ​​Boussinesqs teori

At beskrive konvektion i Boussinesqs teoriet vigtigt træk ved systemet er anvendeligt, som ikke indeholder de hydrostatiske virkninger af kompressibilitet. Akustiske bølger manifesterer sig i et system med uligheder, hvis der er en afhængighed af tæthed og tryk. Disse effekter filtreres ved beregning af temperaturafvigelsen og andre variabler fra statiske værdier. Denne faktor påvirker designet af beregningsmetoder signifikant.

Men hvis der sker ændringer ellerdråber af urenheder, variabler, hydrostatisk tryk stiger, så skal ligningerne korrigeres. Navier-Stokes ligningerne og de sædvanlige uligheder er forskellige, især til beregning af konvektionen af ​​en komprimerbar gas. I disse problemer er der mellemliggende matematiske modeller, hvor der tages hensyn til en ændring i en fysisk egenskab, eller der foretages en detaljeret redegørelse for en ændring i densitet, som afhænger af temperatur, tryk og koncentration.

Funktioner og egenskaber ved Stokes ligningerne

Navier og dets uligheder danner grundlagetkonvektion har desuden specificitet, visse træk, der manifesteres og udtrykkes i numerisk udførelsesform, og afhænger heller ikke af skriveformen. Et karakteristisk træk ved disse ligninger er den rumligt elliptiske natur af opløsningerne, hvilket skyldes en viskøs strømning. Løsningen er at bruge og anvende typiske metoder.

Grænselagets uligheder er forskellige. Disse kræver indstilling af visse betingelser. Stokes-systemet indeholder det højeste derivat, som løsningen ændres og bliver glat. Grænselaget og væggene vokser, og i sidste ende er strukturen ikke-lineær. Som et resultat er der en lighed og et forhold til den hydrodynamiske type såvel som med en ukomprimerbar væske, inerti-komponenter og momentum i de ønskede problemer.

Navier Stokes ligningsløsning

Karakterisering af ulinearitet i uligheder

Ved løsning af systemer med Navier-Stokes ligningerder tages højde for store Reynolds-tal, hvilket fører til komplekse rumtidsstrukturer. I naturlig konvektion er der ingen hastighed, der er sat i problemer. Reynolds-nummeret spiller således en skalerolle i den angivne værdi og bruges også til at opnå forskellige ligheder. Derudover anvendes anvendelsen af ​​denne mulighed i vid udstrækning til at få svar på systemerne Fourier, Grashof, Schmidt, Prandtl og andre.

I Boussinesq-tilnærmelsen er ligningerne forskelligespecificitet på grund af det faktum, at en betydelig del af den gensidige indflydelse af temperatur- og strømningsfelterne skyldes visse faktorer. Ligningens ikke-standardiserede opførsel skyldes ustabilitet, det mindste Reynolds-tal. I tilfælde af en isoterm væskestrøm ændres situationen med uligheder. Forskellige tilstande er indeholdt i de ikke-stationære Stokes-ligninger.

Essensen og udviklingen af ​​numerisk forskning

Indtil for nylig, lineær hydrodynamiskligningerne antydede brugen af ​​store Reynolds-tal og numeriske studier af adfærden for små forstyrrelser, bevægelser og andre ting. I dag indebærer forskellige strømninger numerisk modellering med direkte forekomster af forbigående og turbulente regimer. Alt dette løses ved hjælp af systemet med ikke-lineære Stokes-ligninger. Det numeriske resultat i dette tilfælde er den øjeblikkelige værdi af alle felter i henhold til de angivne kriterier.

Metoder til løsning af ikke-lineære ligninger

Behandling af ikke-stationære resultater

Øjeblikkelige slutværdier repræsenterernumeriske erkendelser, der egner sig til de samme systemer og metoder til statistisk behandling som lineære uligheder. Andre manifestationer af ikke-stationær bevægelse udtrykkes i variable interne bølger, stratificeret væske osv. Imidlertid er alle disse værdier i det endelige resultat beskrevet af det oprindelige ligningssystem og behandlet, analyseret af etablerede værdier og skemaer.

Andre manifestationer af nonstationarity udtrykkesbølger, der betragtes som en forbigående proces i udviklingen af ​​indledende forstyrrelser. Derudover er der klasser af ustabile bevægelser, der er forbundet med forskellige massekræfter og deres svingninger såvel som med termiske forhold, der ændrer sig i tidsintervallet.

ønsket:
0
Populære indlæg
Åndelig udvikling
mad
y