可压缩流动的一维均匀流动测试案例

计算科学 有限元 有限差分 流体动力学 有限体积 测试
2021-12-20 10:57:59

一维均匀流是否存在任何一维双曲线测试用例?

(我需要测试用例来显示移动网格上几何守恒定律的满意度)。

1个回答

PS答案是在下面的第一条评论后编辑的。

如果通过“一维均匀流”表示速度恒定的被动传输,即您想要求解平流方程ut+cux=0,那么测试用例通常仅因初始条件的不同选择而有所不同,例如函数u(x,0),例如一个恒定的脉冲(即u在等于 1 的有限区间内,任何地方都等于零),高斯(例如u(x,0)=ex2),或分段线性函数(例如三角形)。您可以测试解决方案的支持度量及时保留的几何属性(例如,u(x,t)为正 只是按速度移动c),参见例如CLAWPACK

如果不想解平流方程ut+cux=0,但是一些“几何变换”,例如移动网格,那么恒定的流动速度意味着初始网格的任何子集都通过移位简单地移动到新位置ct, 在哪里t是时间。

如果通过均匀流实际上是稳定流,那么在平流方程的一维情况下,它意味着求解ut+c(x)ux=0,然后我测试了一个例子c(x)=2+sin(x). 给定初始函数的精确解具有相当复杂的形式,有时可以通过例如 Mathematica 找到,但是可以很容易地检查任何初始函数的一个属性——精确解在某种意义上是周期性的u(x,π/3)=u(x2π,0). 我包括一个动画 gif,其中u(x,0)=sin(x)为了x(0,4π)动画运行t(0,π/3)具有周期性边界条件:

在此处输入图像描述

您可以检查这样的模拟,例如,间隔的位置u(x,t)为正从其初始位置偏移t=0按因素2πt=π/3, 同样对于区间u(x,0)是负数。

如果您以这种速度直接计算移动网格c(x)=sin(x)+2,则初始网格的任何子集都应向右移动一个因子2π一段时间后t=π/3.