投影法中的MAC投影?

计算科学 有限差分 流体动力学 数值分析 有限体积 纳维斯托克斯
2021-12-09 08:02:25

我的问题涉及以下论文:可变密度不可压缩 Navier–Stokes 方程的保守自适应投影方法(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021999198958909

它描述了求解不可压缩 Navier Stokes 方程的二阶精确投影方法。通常投影方法基于隐式方案,但据我所知,这是基于显式方法。我的动机是使用这种方法在均匀网格上求解不可压缩的 NS 方程。

为了求解动量方程的非线性对流项,作者首先使用预测校正迎风方案将细胞中心速度外推到细胞表面。这是空间外推(从单元中心到单元面),也是时间外推(从时间级别到级别)。在计算单元面上的法向速度后,他们在级强制执行散度约束。为此,他们正在使用他们编写的 MAC 投影: nn+12n+12在此处输入图像描述

其中 D 表示散度,G 表示梯度。这个方程用于求解 但我不明白如何从这个方程右边的项在二维情况下包含两个项(分别对应于 u 和 v 速度)。为了从这个方程 ,我应该如何在 LHS 上写下这个术语 ?ϕMACϕMACϕMAC

1个回答

在不详细说明您的特定问题的情况下,让我们以简化的方式编写您的问题:

(ϕρ)=F

请注意,预测步骤已经给出了要记住的重要一点是是在单元格的面上给出的,因此必须进行一些插值以使所有系数“到位”。假设系数足够平滑,对于中的问题,Gauss-Seidel 迭代方案在方向之一(例如 x)上:F(U,δt)UΩ=[0,1]2u=ϕ/ρ

d2u/dx2=f

u(0)=u(1) -周期性BC

是,使用二阶中心离散化,写为:

ui(k+1)=2ui(k)12(h2Fui1(k+1)ui+1(k))

其中是网格间距,hu(k)是第 k 次迭代中网格函数的值。从这里开始,由您和手头的问题决定使用哪个求解器。

Saab (2003) 的书是一本很好的通用参考书。作者在他的网页上免费提供了这个版本。在多重网格上,Achi Brandtl (1977) 的经典论文在这个主题上相当不错。

附录

对于线性系统Ax=b, 在哪里A=(aij); 一个定点迭代方案,称为 Gauss-Seidel,可以写成:

xi(k+1)=xi(k)+1aii(bi=1j1aijxi(k+1)i=1jaijxi(k))

请注意,实际上,没有迭代i是必需的,因为生成的系统本质上是明确的(即:k+1RHS 上的值从前一次迭代中已知)。