守恒方程的细胞平均值与细胞总数的有限体积

计算科学 有限体积 数值分析
2021-12-17 11:36:01

如果我对有限体积方法使用单元平均方法而不是单元总方法,则需要更改哪些实现细节?

例如,考虑守恒定律,

ut+Fx=s(x,t)

细胞平均方法产生,

txj1/2xj+1/2u(x,t) dx=xj1/2xj+1/2Fx dx+xj1/2xj+1/2s(x,t) dxtu~(x,t)=1xj+1/2xj1/2(Fj1/2Fj+1/2)+s~(x,t)

单元总数是相同的,但没有将通量项除以单元长度(我只考虑 1D)。(xj+1/2xj1/2)

在数值求解方程时,我需要在这两种情况下以不同的u~s~

对这种微妙的感觉有点困惑。我的第一印象是,当使用细胞平均方法时之外,什么都不需要改变。那是对的吗?(xj+1/2xj1/2)

1个回答

在回答之前,请注意在您的问题的表述中存在一些错误。首先,由于源项的存在,您的方程不是守恒定律;将这样的方程式称为平衡定律是很常见的。其次,根据定义,细胞平均值只是时间的函数,所以你应该写 也是如此)。第三,根据第二个观察,对单元平均进行运算的时间导数应该是普通的时间导数。 u~(t)s~(t)

现在转向你的问题。的定义不依赖于你写方程的形式。你唯一需要注意的是网格是否是时间的函数(移动网格)。如果它移动,请注意将保留在时间导数内。在这种情况下,您还需要遵守所谓的几何守恒定律,它将单元面移动的法向速度与单元体积的时间变化率(在这种情况下为长度)相关联。 u~s~xi+1/2xi1/2