使用流函数围绕非对称障碍物的势流

计算科学 流体动力学 边界条件 层流
2021-12-11 03:52:09

我已经看到有一种方法可以在笛卡尔正交网格上使用有限差分法来计算障碍物周围的势流,而不使用诺伊曼条件,而只使用狄利克雷条件。它是使用流函数完成的,我对其进行了测试,它似乎可以工作。但是这种方法有一个很大的缺点:它只能用于沿水平轴(未受干扰的流的方向)对称的障碍物。该方法基于这样一个事实,即有一条水平流线理想地遵循障碍物的所有边界(因此您可以在其上放置流函数的常数值)。您现在是否有任何解决方法或方法仅使用 Dirichlet 条件,但在任意形状的障碍物(例如机翼)上?先感谢您。

以前,有人建议我使用面板方法、坐标转换等。这很好,但如果可能的话,我正在寻找更简单的东西。这只是为了演示有限差分方法,它不必特别高效快速。谢谢你。

编辑

正如 GradGuy 所指出的,当障碍物不对称时,边界上的流函数也是恒定的;但我没有说不是。我使用的方法是这样的:我取一个矩形框,然后将两个任意的流函数值(但所有边都相同)放在上边和下边;然后我沿横向线性改变它(因此上下两侧的电位具有连续性)。通过这种方式,我定义了远离障碍物的不受干扰的流动。然后我把对称的障碍物放在盒子的正中间,所以我确定有一条水平流线把盒子一分为二,沿着障碍物的边界,所以它的势正好是上下边的平均值。我不知道如何用不对称的障碍做同样的事情......

您好,我尝试发布一个新问题,其中我发布了与此问题相同的请求,但方式更清晰。似乎该问题已关闭,因为它与此问题重复。他们也抱怨因为我开了很多账户,我很抱歉,但我的浏览器出现问题,不允许我做一个密码保护的账户(它在账户创建页面上崩溃了),所以我只能打开来宾帐户。他们建议我改为编辑该问题。因此,我感谢您的努力,但到目前为止我收到的答案并没有解决我的问题。这个问题被认为仍然是开放的......也可能是我所问的是不可能的......

1个回答

您提到的流函数的值对于非对称边界不是恒定的是不正确的。实际上,对于速度的法向分量为零的任何边界,流函数在边界上应该是常数。

您可以按如下方式正式显示此属性。在 2D 中,定义了一个流函数,使得速度向量可以写为:ψ

v=k^×ψ

其中方向的单位向量。因此,速度的法向分量由下式给出:k^z

vn=n^(k^×ψ)=k^(n^×ψ)

其中是垂直于边界的单位向量。要使在边界上消失,边界上必须有最后一个要求只是说明平行于边界上的法线单位向量。换句话说,一个人必须具备:n^vnn^×ψ=0ψ

tψ=0

其中表示边界上的切向单位向量。对于边界上的每个点,唯一可以实现这一点的方法是在边界上设置t^ψ=const.