此显式方案的稳定性标准

计算科学 有限差分 数值分析 流体动力学 稳定 cfl
2021-12-17 10:34:59

我正在使用双时间 Navier-Stokes 方程求解非定常流动,其中我将动量方程写为:

uτ+ut+u2x+uvy=px+2ux2+2uy2

如果 'physical time, t' 的时间水平像 n-1, n, n+1,而对于 'pseudo time,像 q-1, q, q+1。然后,结合前向差分和中心差分,我可以将此方程离散化为:τ

uq+1uqdτ+3uq+14un+un12dt+C=P+D

其中 C、P 和 D 分别是对流、压力和扩散项的离散化版本。我对压力使用正向差分,对扩散项使用中心差分。

迭代是在伪时间内完成的,除非达到我简单地分配的局部稳定状态。我现在关心的是稳定性。我似乎推断 dt 和都会影响稳定性,但我无法得出数学表达式。因此,我期待获得一些有关如何计算此特定方案的 CFL 数(粘性和平流)的知识。un+1=uq+1τ

1个回答

它是通过冯诺依曼稳定性分析以标准方式完成的。伪时间步上的 CFL 条件是直截了当的。由于粘度和其他术语的限制有点复杂,但仍然可以获得。

在以下论文中,作者针对人工可压缩性的显式欧拉方案和实时的后向欧拉方案(代替您拥有的 BDF2)对伪时间进行了时间步限制。它们显示了伪时间步长如何受到实际时间步长、粘度和 AC 参数的影响。

McHugh,PR 和 John D. Ramshaw。“用于非定常不可压缩流隐式计算的阻尼人工可压缩性迭代方案。” 流体数值方法国际期刊21.2 (1995): 141-153。