Какие пространственные дискретизации работают для несжимаемого потока с анизотропными граничными сетками?


12

Потоки с высоким числом Рейнольдса создают очень тонкие пограничные слои. Если в симуляции большого вихря используется разрешение стены, соотношение сторон может быть порядка 106 . Многие методы становятся нестабильными в этом режиме, потому что константа inf-sup ухудшается как квадратный корень аспектного отношения или хуже. Постоянная inf-sup важна, поскольку она влияет на число условий линейной системы и аппроксимационные свойства дискретного решения. В частности, выполняются следующие априорные оценки дискретной ошибки (Brezzi and Fortin 1991)

μuuhH1C[μβinfvVuvH1+infqQpqL2]pphL2Cβ[μβinfvVuvH1+infqQpqL2]

где μ - динамическая вязкость, а β - постоянная inf-sup. Отсюда видно, что при приближении β0 приближения скорости и (особенно) давления становятся хуже, чем наилучшие из имеющихся в пространстве конечных элементов (т. Е. Константа оптимальности Галеркина растет как β1 и β2 соответственно).

Какие методы имеют равномерную стабильность, независимо от соотношения сторон?

Какие из них можно использовать с неструктурированными сетками?

Как оценки обобщаются на приближения высокого порядка?

Ответы:


12

Схемы конечных разностей MAC (Harlow и Welch, 1965) стабильны, но требуют гладких структурированных сеток и имеют точность только второго порядка.

Методы конечных элементов предпочтительнее для неструктурированных методов и методов высокого порядка. Для непрерывных методов конечных элементов Галеркина не существует известных пространств, которые имеют оптимальные аппроксимационные свойства и являются равномерно устойчивыми.

  • QkPk1disc имеет оптимальные свойства аппроксимации и локально консервативен, но постоянная inf-sup ухудшается как квадратный корень из соотношения сторон. См. Bernardi & Maday 1999 для деталей.

  • QkQk2disc имеет постоянную inf-sup, независимую от соотношения сторон, и является локально консервативной, но постоянная inf-sup масштабируется как при увеличении порядка полиномов (Maday et al. 1992) на сетках с правильной формой. На сетках с висячими узлами или входящими углами эта граница является четкой в ​​2D (Schoetzau et al 1998), но в дальнейшем ухудшается до в 3D (Toselli & Schwab 2003).O(k1d2)k3/2

  • Повернутый несоответствующая элемент из Rannacher & Турек 1994 равномерно устойчива, имеет оптимальные свойства аппроксимации, и локально консервативен, но она не удовлетворяет неравенство дискретного Корна, поэтому она нуждается в граничных корректировках некоторых граничных условий и не может быть использована для потоки переменной вязкости. Последующая работа авторов позволила стабилизировать эти методы с использованием краевых потоков, но в результате дискретизации теряются многие привлекательные свойства эффективности.Q1P0

  • Ainsworth и Coggins 2000 создают высокотехнологичные пространства, которые работают несколько лучше, но, похоже, имеют ограниченную полезность.

Для прерывистого Галеркина картина несколько лучше:

  • Разрывное пространство равномерно устойчиво и обладает оптимальными аппроксимационными свойствами (Schoetzau, Schwab, Toselli 2004). Эта комбинация недоступна для пространств с непрерывной скоростью. Постоянная inf-sup все еще зависит от степени полинома, однако масштабируется как .QkQk1k3/2
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.