有限元 - 通量计算

计算科学 有限元 流体动力学
2021-12-08 05:44:21

我正在使用 FEM 求解平流扩散方程,但在计算通量时遇到了麻烦。

我从等式开始,

nt=jnx,

我的通量(电流密度)由下式给出,

jn=μEn+Dnx,

其中 是我的漂移速度,是扩散系数。μD

使用 FEM-FCT 求解这个方程以确保稳定性,我得到了节点值n,然后我用它来求解我的通量。

我目前遇到的问题是我的稳态电流密度应该为零,其中内置场导致漂移和扩散项平衡,但是我获得非零电流密度。

为了确定造成这种情况的原因,我在下图中绘制了电流密度的两个分量,可以看出两者不相等。

稳定状态下的漂移和扩散通量。

我想知道它是否与漂移通量如何直接使用计算出的有关,而扩散通量需要一个会引入误差的导数。n

任何有助于产生更准确的通量将不胜感激。

一些注意事项: FEM-FCT 将我限制为线性基函数,但是我尝试仅使用有限差分来创建更高阶的一阶导数矩阵,但这似乎并没有解决问题。

1个回答

如果您使用(经典)有限元公式,则您具有连续性,也就是说,您的函数是连续的,但它的导数不是。因此,预计到最后会有这种行为,因为那里的导数更大。随着您的细化,这两条曲线将彼此靠近。C0

正如我在评论中提到的,您可以对衍生品进行一些平滑处理。我使用了以下方法(参见 [1])。

  1. 该变量从高斯点外推到每个元素的节点。
  2. 这些值根据共享该节点的元素数量进行平均。

参考

  1. Zienkiewicz、Olgierd Cecil 和朱建中。“超收敛补丁恢复和后验误差估计。第 1 部分:恢复技术。” 国际工程数值方法杂志 33.7 (1992): 1331-1364。