Rechenbetonte flüssige Dynamik, gewöhnlich abgekürzt als CFD, ist ein Zweig der flüssigen Mechanik, die numerische Methoden und Algorithmen verwendet, um Probleme zu lösen und zu analysieren, die Flüssigkeitsströmungen einschließen. Computer werden verwendet, um die Berechnungen durchzuführen, die erforderlich sind, die Wechselwirkung von Flüssigkeiten und Benzin mit durch Grenzbedingungen definierten Oberflächen vorzutäuschen. Mit Hochleistungssupercomputern können bessere Lösungen erreicht werden. Andauernde Forschung gibt Software nach, die die Genauigkeit und Geschwindigkeit von komplizierten Simulierungsdrehbüchern wie transonic oder unruhige Flüsse verbessert. Die anfängliche Gültigkeitserklärung solcher Software wird mit einem Windkanal mit der Endgültigkeitserklärung durchgeführt, die in der umfassenden Prüfung, z.B den Flugtests kommt.

Hintergrund und Geschichte

Die grundsätzliche Basis fast aller CFD Probleme ist Navier-schürt Gleichungen, die jede einzeln-phasige Flüssigkeitsströmung definieren. Diese Gleichungen können durch das Entfernen von Begriffen vereinfacht werden, die Viskosität beschreiben, um die Gleichungen von Euler nachzugeben. Weitere Vereinfachung, durch das Entfernen von Begriffen, die vorticity beschreiben, gibt die vollen potenziellen Gleichungen nach. Schließlich können diese Gleichungen linearized sein, um die linearized potenziellen Gleichungen nachzugeben.

Historisch wurden Methoden zuerst entwickelt, um die Linearized Potenziellen Gleichungen zu lösen. Zweidimensionale Methoden, mit conformal Transformationen des Flusses über einen Zylinder zum Fluss über eine Tragfläche wurden in den 1930er Jahren entwickelt. Die Computermacht verfügbare durchschrittene Entwicklung von dreidimensionalen Methoden. Die erste Arbeit mit Computern, um Flüssigkeitsströmung, wie geregelt, durch zu modellieren, Navier-schürt Gleichungen, wurde an Los Alamos National Labs in der T3 Gruppe vorgebildet. Die Gruppe hat eine Zeitung veröffentlicht, zwei dimensionalen wirbelnden Fluss um einen Gegenstand im Juli 1963 modellierend. Dieses Papier hat die vorticity Strom-Funktionsmethode verwendet, die von Jake Fromm an LANL entwickelt ist.

Das erste Papier mit dem dreidimensionalen Modell wurde von John Hess und A.M.O. Smith von Douglas Aircraft 1967 veröffentlicht. Diese Methode discretized die Oberfläche der Geometrie mit Tafeln, diese Klasse von Programmen werden genannt Tafel-Methoden verursachend. Ihre Methode selbst wurde vereinfacht, in dem sie das Heben von Flüssen nicht eingeschlossen hat und folglich auf Schiff-Rümpfe und Flugzeugsrümpfe hauptsächlich angewandt wurde. Der erste sich hebende Tafel-Code (A230) wurde in einer Zeitung beschrieben, die von Paul Rubbert und Gary Saaris von Boeing Aircraft 1968 geschrieben ist. Rechtzeitig wurden fortgeschrittenere dreidimensionale Tafel-Codes an Boeing (PANAIR, A502), Lockheed (Quadpan), Douglas (HESS), McDonnell Aircraft (MACAERO), NASA (PMARC) und Analytische Methoden (WBAERO, USAERO und VSAERO) entwickelt. Einige (PANAIR, HESS und MACAERO) waren höhere Ordnungscodes mit dem höheren Ordnungsvertrieb von Oberflächeneigenartigkeiten, während andere (Quadpan, PMARC, USAERO und VSAERO) einzelne Eigenartigkeiten auf jeder Oberflächentafel verwendet haben. Der Vorteil der niedrigeren Ordnungscodes bestand darin, dass sie viel schneller auf den Computern der Zeit gelaufen sind. Heute ist VSAERO gewachsen, um ein Mehrordnungscode zu sein, und ist das am weitesten verwendete Programm dieser Klasse. Es ist in der Entwicklung von vielen Unterseebooten, Oberflächenschiffen, Automobilen, Hubschraubern, Flugzeug, und mehr kürzlich Windturbinen verwendet worden. Sein Schwester-Code, USAERO ist eine unsichere Tafel-Methode, die auch verwendet worden ist, um solche Dinge wie hohe Geschwindigkeitszüge und Rennjachten zu modellieren. Die NASA PMARC Code von einer frühen Version von VSAERO und einer Ableitung von PMARC, genannt CMARC, ist auch gewerblich verfügbar.

Im zweidimensionalen Bereich sind mehrere Tafel-Codes für die Tragfläche-Analyse und das Design entwickelt worden. Die Codes haben normalerweise eine eingeschlossene Grenzschicht-Analyse, so dass klebrige Effekten modelliert werden können. Professor Richard Eppler von der Universität Stuttgarts hat den PROFIL-Code teilweise mit der Finanzierung von NASA entwickelt, die verfügbar am Anfang der 1980er Jahre geworden ist. Dem wurde bald vom XFOIL-Code von MIT Professor Mark Drela gefolgt. Sowohl PROFIL als auch XFOIL vereinigen zweidimensionale Tafel-Codes mit verbundenen Grenzschicht-Codes für die Tragfläche-Analyse-Arbeit. PROFIL verwendet eine conformal Transformationsmethode für das umgekehrte Tragfläche-Design, während XFOIL sowohl eine conformal Transformation als auch eine umgekehrte Tafel-Methode für das Tragfläche-Design hat. Beide Codes werden verwendet.

Eine Zwischenstufe zwischen Tafel-Codes und Vollen Potenziellen Codes war Codes, die die Transonic Kleinen Störungsgleichungen verwendet haben. Insbesondere der dreidimensionale WIBCO-Code, der von Charlie Boppe von Flugzeug von Grumman am Anfang der 1980er Jahre entwickelt ist, hat gesehenen schweren Nutzen.

Entwickler haben sich Vollen Potenziellen Codes zugewandt, weil Tafel-Methoden die nichtlineare Fluss-Gegenwart mit transonic Geschwindigkeiten nicht berechnen konnten. Die erste Beschreibung eines Mittels, die Vollen Potenziellen Gleichungen zu verwenden, wurde von Earll Murman und Julian Cole von Boeing 1970 veröffentlicht. Frances Bauer, Paul Garabedian und David Korn vom Courant-Institut an New York University (NYU) haben eine Reihe von zweidimensionalen Vollen Potenziellen Tragfläche-Codes geschrieben, die, das wichtigste werden genannt Programm H weit verwendet wurden. Ein weiteres Wachstum des Programms H wurde von Bob Melnik und seiner Gruppe am Weltraum von Grumman als Grumfoil entwickelt. Antony Jameson, ursprünglich am Flugzeug von Grumman und dem Courant Institut für NYU, hat mit David Caughey gearbeitet, um den wichtigen dreidimensionalen Vollen Potenziellen Code FLO22 1975 zu entwickeln. Viele Volle Potenzielle Codes sind danach erschienen, im Code des Tranair (A633) der Boeing kulminierend, der noch schweren Gebrauch sieht.

Der nächste Schritt war die Gleichungen von Euler, die versprochen haben, genauere Lösungen von Transonic-Flüssen zur Verfügung zu stellen. Die Methodik, die von Jameson in seinem dreidimensionalen FLO57 Code (1981) verwendet ist, wurde durch andere verwendet, um solche Programme wie das MANNSCHAFT-Programm von Lockheed und das MGAERO Programm von IAI/Analytical Methoden zu erzeugen. MGAERO ist einzigartig, indem er ein strukturierter kartesianischer Ineinandergreifen-Code ist, während der grösste Teil anderen solchen Codegebrauches körpergeeigneten Bratrost (mit Ausnahme vom hoch erfolgreichen CART3D-Code der NASA, dem SPLITFLOW-Code von Lockheed und Technologie-NASCART-GT von Georgia) strukturiert hat. Antony Jameson hat auch den dreidimensionalen FLUGZEUG-Code (1985) entwickelt, der vom unstrukturierten vierflächigen Bratrost Gebrauch gemacht hat.

Im zweidimensionalen Bereich haben Mark Drela und Michael Giles, dann Studenten im Aufbaustudium an MIT, den ISES Euler Programm (wirklich ein Gefolge von Programmen) für das Tragfläche-Design und die Analyse entwickelt. Dieser Code ist zuerst verfügbar 1986 geworden und ist weiter entwickelt worden, um zu entwerfen, zu analysieren und einzeln oder Mehrelement-Tragflächen als das MSES Programm zu optimieren. MSES sieht breiten Gebrauch weltweit. Eine Ableitung von MSES, für das Design und die Analyse von Tragflächen in einer Kaskade, ist MISES, der von Harold "Guppy" Youngren entwickelt ist, während er ein Student im Aufbaustudium an MIT war.

Navier-schürt Gleichungen waren das äußerste Ziel von Entwicklern. Zweidimensionale Codes, wie ARC2D von Ames von NASA codieren zuerst ist erschienen. Mehrere dreidimensionale Codes wurden entwickelt (ARC3D, ÜBERSCHWEMMUNG, CFL3D sind drei erfolgreiche Beiträge von NASA), zu zahlreichen kommerziellen Paketen führend.

Methodik

In allen diesen Annäherungen wird demselben grundlegenden Verfahren gefolgt.

• Während der Aufbereitung
• Die Geometrie (physische Grenzen) des Problems wird definiert.
• Das durch die Flüssigkeit besetzte Volumen wird in getrennte Zellen (das Ineinandergreifen) geteilt. Das Ineinandergreifen kann gleichförmig oder nicht gleichförmig sein.
• Das physische Modellieren wird - zum Beispiel, die Gleichungen von Bewegungen + enthalpy + Radiation + Art-Bewahrung definiert
• Grenzbedingungen werden definiert. Das schließt das Spezifizieren des flüssigen Verhaltens und der Eigenschaften an den Grenzen des Problems ein. Für vergängliche Probleme werden die anfänglichen Bedingungen auch definiert.
• Die Simulation wird angefangen, und die Gleichungen werden wiederholend als ein Steady-State- oder vergängliches gelöst.
• Schließlich wird ein Postverarbeiter für die Analyse und Vergegenwärtigung der resultierenden Lösung verwendet.

Methoden von Discretization

Die Stabilität des gewählten discretization wird allgemein numerisch aber nicht analytisch als mit einfachen geradlinigen Problemen gegründet. Spezielle Sorge muss auch genommen werden, um sicherzustellen, dass der discretization diskontinuierliche Lösungen anmutig behandelt. Die Euler Gleichungen und Navier-schüren Gleichungen sowohl lassen Stöße zu, als auch setzen sich mit Oberflächen in Verbindung.

Einige der discretization Methoden, die verwenden werden, sind:

Begrenzte Volumen-Methode

Die begrenzte Volumen-Methode (FVM) ist eine in CFD-Codes verwendete einheitliche Methode. Die Regierungsgleichungen werden über getrennte Kontrollvolumina gelöst. Begrenzte Volumen-Methoden arbeiten die regierenden teilweisen Differenzialgleichungen um (normalerweise Navier-schürt Gleichungen) in einer konservativen Form, und dann discretize die neue Gleichung. Das versichert die Bewahrung von Flüssen durch ein besonderes Kontrollvolumen. Die begrenzten Volumen-Gleichungserträge, Gleichungen in der Form, regelnd

:

wo der Vektor von erhaltenen Variablen ist, ist der Vektor von Flüssen (sieh Gleichungen von Euler, oder Navier-schürt Gleichungen), ist das Volumen des Kontrollvolumen-Elements, und ist die Fläche des Kontrollvolumen-Elements.

Begrenzte Element-Methode

Die begrenzte Element-Methode (FEM) wird in der Strukturanalyse von Festkörpern verwendet, aber ist auch auf Flüssigkeiten anwendbar. Jedoch verlangt die FEM Formulierung, dass spezielle Sorge eine konservative Lösung sichert. Die FEM Formulierung ist an den Gebrauch mit flüssigen Dynamik-Regierungsgleichungen angepasst worden. Obwohl FEM sorgfältig formuliert werden muss, um konservativ zu sein, ist es viel stabiler als die begrenzte Volumen-Annäherung Jedoch, FEM kann mehr Gedächtnis verlangen als FVM.

In dieser Methode wird eine belastete restliche Gleichung gebildet:

:

wo die an einem Element-Scheitelpunkt restliche Gleichung ist, die auf einer Element-Basis ausgedrückte Bewahrungsgleichung ist, der Gewicht-Faktor ist, und das Volumen des Elements ist.

Begrenzte Unterschied-Methode

Die begrenzte Unterschied-Methode (FDM) hat historische Wichtigkeit und ist zum Programm einfach. Es wird zurzeit nur in wenigen Spezialcodes verwendet. Moderne begrenzte Unterschied-Codes machen von einer eingebetteten Grenze Gebrauch, um komplizierte Geometrie zu behandeln, diese Codes hoch effizient und genau machend. Andere Weisen, Geometrie zu behandeln, schließen Gebrauch des überlappenden Bratrostes ein, wo die Lösung über jeden Bratrost interpoliert wird.

:

\frac {\\teilweise Q\{\\teilweise t\+

\frac {\\teilweise F\{\\teilweise x\+

\frac {\\teilweise G\{\\teilweise y\+

\frac {\\teilweise H\{\\teilweise z\=0

</Mathematik>

wo der Vektor von erhaltenen Variablen ist, und, und die Flüsse in, und Richtungen beziehungsweise sind.

Geisterhafte Element-Methode

Geisterhafte Element-Methode ist eine begrenzte Element-Typ-Methode. Es verlangt, dass das mathematische Problem (die teilweise Differenzialgleichung) casted in einer schwachen Formulierung ist. Das wird normalerweise durch das Multiplizieren der Differenzialgleichung durch eine willkürliche Testfunktion und die Integrierung über das ganze Gebiet getan. Rein mathematisch sind die Testfunktionen völlig willkürlich - sie gehören einem ungeheuer dimensionalen Funktionsraum. Klar kann ein ungeheuer dimensionaler Funktionsraum nicht auf einem getrennten geisterhaften Element-Ineinandergreifen vertreten werden. Und das ist, wo das geisterhafte Element discretization beginnt. Das entscheidendste Ding ist die Wahl des Interpolierens und der Prüfung von Funktionen. In einer normalen, niedrigen Ordnung FEM im 2. für vierseitige Elemente ist die typischste Wahl der bilineare Test oder die interpolierende Funktion der Form. In einer geisterhaften Element-Methode jedoch werden die Interpolieren- und Testfunktionen gewählt, um Polynome einer sehr hohen Ordnung zu sein (normalerweise z.B. der 10. Ordnung in CFD Anwendungen). Das versichert die schnelle Konvergenz der Methode. Außerdem müssen sehr effiziente Integrationsverfahren verwendet werden, seit der Zahl von Integrationen, die in durchzuführen sind, sind numerische Codes groß. So, hohe Ordnung Integrationsquadraturen von Gauss werden verwendet, da sie die höchste Genauigkeit mit der kleinsten Zahl der auszuführenden Berechnung erreichen.

Zurzeit gibt es einige akademische auf der geisterhaften Element-Methode gestützte CFD-Codes, und noch viele sind zurzeit unter der Entwicklung, seit den neuen zeitgehenden Schemas arrise in der wissenschaftlichen Welt. Sie können sich auf die C-CFD Website beziehen, um Kino von Incompressible-Flüssen in Kanälen zu sehen, die mit einem geisterhaften Element solver oder zur Numerischen Mechanik vorgetäuscht sind (sieh Boden der Seite) Website, um einen Film des Deckel-gesteuerten Höhle-Flusses zu sehen, der mit einem compeletely Roman unbedingt stabiles zeitgehendes Schema erhalten ist, das mit einem geisterhaften Element solver verbunden ist.

Grenzelement-Methode

In der Grenzelement-Methode wird die durch die Flüssigkeit besetzte Grenze in ein Oberflächenineinandergreifen geteilt.

Hochauflösende discretization Schemas

Hochauflösende Schemas werden verwendet, wo Stöße oder Diskontinuitäten da sind. Das Gefangennehmen scharfer Änderungen in der Lösung verlangt den Gebrauch der zweiten oder höherwertigen numerischen Schemas, die Nebenschwingungen nicht einführen. Das macht gewöhnlich die Anwendung von Fluss-Begrenzern nötig, um sicherzustellen, dass die Lösung Gesamtschwankungsverminderung ist.

Turbulenz-Modelle

Im Studieren unruhiger Flüsse ist das Ziel, eine Theorie oder ein Modell zu erhalten, das Mengen von Interesse wie Geschwindigkeiten nachgeben kann. Für den unruhigen Fluss machen die Reihe von Länge-Skalen und Kompliziertheit von Phänomenen die meisten Annäherungen unmöglich. Die primäre Annäherung soll in diesem Fall numerische Modelle schaffen, um die Eigenschaften von Interesse zu berechnen. Eine Auswahl an einigen allgemein verwendeten rechenbetonten Modellen für unruhige Flüsse wird in dieser Abteilung präsentiert.

Die Hauptschwierigkeit, unruhige Flüsse zu modellieren, kommt aus der breiten Reihe der Länge und mit dem unruhigen Fluss vereinigten zeitlichen Rahmen. Infolgedessen können Turbulenz-Modelle gestützt auf der Reihe von diesen Länge und zeitliche Rahmen klassifiziert werden, die modelliert werden und die Reihe der Länge und zeitlichen Rahmen, die aufgelöst werden. Je unruhigere Skalen, die, desto feiner die Entschlossenheit der Simulation, und deshalb höher die rechenbetonten Kosten aufgelöst werden. Wenn eine Mehrheit oder alle unruhigen Skalen modelliert werden, sind die rechenbetonten Kosten sehr niedrig, aber der Umtausch kommt in der Form der verminderten Genauigkeit.

Zusätzlich zur breiten Reihe der Länge und zeitlichen Rahmen und der verbundenen rechenbetonten Kosten enthalten die Regierungsgleichungen der flüssigen Dynamik einen nichtlinearen Konvektionsbegriff und einen nichtlinearen und nichtlokalen Druck-Anstieg-Begriff. Diese nichtlinearen Gleichungen müssen numerisch mit den passenden anfänglichen und Grenzbedingungen gelöst werden.

Reynolds-durchschnittlich Navier-schürt

Gleichungen der Reynolds-durchschnittlich Navier-schürt (RANS) sind die älteste Annäherung an das Turbulenz-Modellieren. Eine Ensemble-Version der Regierungsgleichungen wird gelöst, der neue offenbare als Betonungen von Reynolds bekannte Betonungen einführt. Das fügt einen zweiten Ordnungstensor von unknowns hinzu, für den verschiedene Modelle verschiedene Niveaus des Verschlusses zur Verfügung stellen können. Es ist ein häufiger Irrtum, den die RANS Gleichungen auf Flüsse mit einem zeitändernden Mittelfluss nicht anwenden, weil diese Gleichungen 'zeitdurchschnittlich' sind. Tatsächlich statistisch unsicher (oder nichtstationär) können Flüsse ebenso behandelt werden. Das wird manchmal URANS genannt. Es gibt nichts Innewohnendes Reynolds, der aufzählt, um das auszuschließen, aber die Turbulenz-Modelle, die verwendet sind, um die Gleichungen zu schließen, sind nur nicht weniger als die Zeit gültig, im Laufe deren diese Änderungen im bösartigen vorkommen, ist im Vergleich zu den zeitlichen Rahmen der unruhigen Bewegung groß, die den grössten Teil der Energie enthält.

RANS Modelle können in zwei breite Annäherungen geteilt werden:

Hypothese von Boussinesq: Diese Methode schließt das Verwenden einer algebraischen Gleichung für die Betonungen von Reynolds ein, die Bestimmung der unruhigen Viskosität, und abhängig vom Niveau der Kultiviertheit des Modells einschließen, Transportgleichungen lösend, für die unruhige kinetische Energie und Verschwendung zu bestimmen. Modelle schließen k-ε (Launder und Spalding) ein, Länge-Modell (Prandtl) und Nullgleichungsmodell (Cebeci und Smith) Mischend. Auf die in dieser Annäherung verfügbaren Modelle wird häufig durch die Zahl von mit der Methode vereinigten Transportgleichungen verwiesen. Zum Beispiel ist das sich Vermischende Länge-Modell eine "Nullgleichung" Modell, weil keine Transportgleichungen gelöst werden; einer "Zwei Gleichung" Modell zu sein, weil zwei Transportgleichungen (ein für und ein für) gelöst werden.

Betonungsmodell von Reynolds (RSM): Diese Annäherung versucht, wirklich Transportgleichungen für die Betonungen von Reynolds zu lösen. Das bedeutet Einführung von mehreren Transportgleichungen für alle Betonungen von Reynolds, und folglich ist diese Annäherung in der Zentraleinheitsanstrengung viel kostspieliger.

Große Wirbel-Simulation

Große Wirbel-Simulation (LES) ist eine Technik, in der die kleinsten Skalen des Flusses durch eine durchscheinende Operation und ihre modellierte Wirkung mit Subbratrost-Skala-Modellen entfernt werden. Das erlaubt den größten und wichtigsten Skalen der Turbulenz, aufgelöst zu werden, während es die rechenbetonten durch die kleinsten Skalen übernommenen Kosten außerordentlich reduziert. Diese Methode verlangt größere rechenbetonte Mittel als RANS Methoden, aber ist viel preiswerter als DNS.

Distanzierte Wirbel-Simulation

Distanzierte Wirbel-Simulationen (DES) sind eine Modifizierung eines RANS Modells, in dem das Modell auf eine Subbratrost-Skala-Formulierung in Gebieten fein genug für LES Berechnungen umschaltet. Gebiete in der Nähe von festen Grenzen, und wo die unruhige Länge-Skala weniger ist als die maximale Bratrost-Dimension, werden die RANS Weise der Lösung zugeteilt. Da die unruhige Länge-Skala die Bratrost-Dimension überschreitet, werden die Gebiete mit der LES Weise gelöst. Deshalb ist die Bratrost-Entschlossenheit für DES nicht so anspruchsvoll wie reiner LES, dadurch beträchtlich die Kosten der Berechnung kürzend. Obwohl DES für das Spalart-Allmaras Modell am Anfang formuliert wurde (Spalart u. a., 1997) kann es mit anderen RANS Modellen (Strelets, 2001), durch das passende Ändern der Länge-Skala durchgeführt werden, die am RANS Modell ausführlich oder implizit beteiligt wird. So, während Spalart-Allmaras Modell DES-Taten als LES mit einem Wandmodell gestützt hat, benehmen sich DES, die auf anderen Modellen (wie zwei Gleichungsmodelle) gestützt sind, als ein RANS-LES hybrides Modell. Bratrost-Generation ist mehr kompliziert als für einen einfachen RANS oder LES Fall wegen des RANS-LES-Schalters. DES ist eine Nichtzonenannäherung und stellt ein einzelnes glattes Geschwindigkeitsfeld über den RANS und die LES Gebiete der Lösungen zur Verfügung.

Direkte numerische Simulation

Direkte numerische Simulation (DNS) löst die komplette Reihe von unruhigen Länge-Skalen auf. Das marginalisiert der Wirkung von Modellen, aber ist äußerst teuer. Die rechenbetonten Kosten sind dazu proportional. DNS ist für Flüsse mit der komplizierten Geometrie oder den Fluss-Konfigurationen unnachgiebig.

Zusammenhängende Wirbelwind-Simulation

Die zusammenhängende Wirbelwind-Simulierungsannäherung zersetzt das unruhige Fluss-Feld in einen zusammenhängenden Teil, aus der organisierten vortical Bewegung und dem zusammenhanglosen Teil bestehend, der der zufällige Hintergrundfluss ist. Diese Zergliederung wird mit der Elementarwelle-Entstörung getan. Die Annäherung hat mit LES viel gemeinsam, da es Zergliederung verwendet und nur den gefilterten Teil auflöst, aber verschieden darin verwendet es keinen geradlinigen, Filter des niedrigen Passes. Statt dessen basiert die durchscheinende Operation auf Elementarwellen, und der Filter kann angepasst werden, weil sich das Fluss-Feld entwickelt. Farge und Schneider haben die CVS Methode mit zwei Fluss-Konfigurationen geprüft und haben gezeigt, dass der zusammenhängende Teil des Flusses das Energiespektrum ausgestellt hat, das durch den Gesamtfluss ausgestellt ist, und zusammenhängenden Strukturen entsprochen hat (Wirbelwind-Tuben), während die zusammenhanglosen Teile des Flusses homogenes Nebengeräusch zusammengesetzt haben, das keine organisierten Strukturen ausgestellt hat. Goldstein und Oleg haben das FDV Modell auf die große Wirbel-Simulation angewandt, aber haben nicht angenommen, dass der Elementarwelle-Filter völlig alle zusammenhängenden Bewegungen von den Subfilterskalen beseitigt hat. Indem sie sowohl LES als auch CVS-Entstörung verwendet haben, haben sie gezeigt, dass die SFS Verschwendung durch den zusammenhängenden Teil des Feldes des Flusses des SFS beherrscht wurde.

PDF Methoden

Methoden der Wahrscheinlichkeitsdichte-Funktion (PDF) für die Turbulenz, die zuerst von Lundgren eingeführt ist, basieren auf dem Verfolgen des Ein-Punkt-PDF der Geschwindigkeit, der die Wahrscheinlichkeit der Geschwindigkeit am Punkt gibt, der zwischen ist und. Diese Annäherung ist der kinetischen Theorie von Benzin analog, in dem die makroskopischen Eigenschaften eines Benzins durch eine Vielzahl von Partikeln beschrieben werden. PDF Methoden sind darin einzigartig sie können im Fachwerk mehrerer verschiedener Turbulenz-Modelle angewandt werden; die Hauptunterschiede kommen in der Form der PDF-Transportgleichung vor. Zum Beispiel, im Zusammenhang der großen Wirbel-Simulation, wird der PDF der gefilterte PDF. PDF Methoden können auch verwendet werden, um chemische Reaktionen zu beschreiben und sind besonders nützlich, um chemisch reagierende Flüsse vorzutäuschen, weil der chemische Quellbegriff geschlossen wird und kein Modell verlangt. Der PDF wird durch das Verwenden von Partikel-Methoden von Lagrangian allgemein verfolgt; wenn verbunden, mit der großen Wirbel-Simulation führt das zu einer Gleichung von Langevin für die subfiler Partikel-Evolution.

Wirbelwind-Methode

Die Wirbelwind-Methode ist eine Technik ohne Bratrost für die Simulation von unruhigen Flüssen. Es verwendet Wirbelwinde als die rechenbetonten Elemente, die physischen Strukturen in der Turbulenz nachahmend. Wirbelwind-Methoden wurden als eine Methodik ohne Bratrost entwickelt, die durch die grundsätzlichen mit Bratrost-basierten Methoden vereinigten Glanzschleifen-Effekten nicht beschränkt würde. Um jedoch praktisch zu sein, verlangen Wirbelwind-Methoden Mittel, um Geschwindigkeiten von den Wirbelwind-Elementen schnell zu schätzen - mit anderen Worten verlangen sie die Lösung einer besonderen Form des N-Körperproblems (in dem die Bewegung von N-Gegenständen an ihre gegenseitigen Einflüsse gebunden wird). Ein Durchbruch ist gegen Ende der 1980er Jahre mit der Entwicklung der schnellen Mehrpol-Methode (FMM), eines Algorithmus durch V. Rokhlin (Yale) und L. Greengard (Courant Institut) gekommen. Dieser Durchbruch hat zur praktischen Berechnung der Geschwindigkeiten von den Wirbelwind-Elementen den Weg geebnet und ist die Basis von erfolgreichen Algorithmen. Sie sind zum Simulieren filamentary Bewegung, wie Rauchfetzen, in Realtime Simulationen wie Videospiele wegen des feinen erreichten Details mit der minimalen Berechnung besonders gut passend.

Auf der Wirbelwind-Methode gestützte Software bietet ein neues Mittel an, um zähe flüssige Dynamik-Probleme mit dem minimalen Benutzereingreifen zu beheben. Alles, was erforderlich ist, ist Spezifizierung der Problem-Geometrie und Einstellung von anfänglichen und Grenzbedingungen. Unter den bedeutenden Vorteilen dieser modernen Technologie;

• Es ist praktisch ohne Bratrost, so zahlreiche Wiederholungen beseitigend, die mit RANS und LES vereinigt sind.
• Alle Probleme werden identisch behandelt. Keine Modellieren- oder Kalibrierungseingänge sind erforderlich.
• Zeitreihe-Simulationen, die für die richtige Analyse der Akustik entscheidend sind, sind möglich.
• Die kleine Skala und in großem Umfang wird zur gleichen Zeit genau vorgetäuscht.

Beschränkungsmethode von Vorticity

Die Methode der Vorticity-Beschränkung (VC) ist eine in der Simulation des unruhigen Kielwassers verwendete Technik von Eulerian. Es verwendet eine einsame Welle wie Annäherung, um eine stabile Lösung ohne numerisches Verbreiten zu erzeugen. VC kann die kleinen Skala-Eigenschaften zu innerhalb von nur 2 Bratrost-Zellen gewinnen. Innerhalb dieser Eigenschaften wird eine nichtlineare Unterschied-Gleichung im Vergleich mit der begrenzten Unterschied-Gleichung gelöst. VC ist ähnlich, um Gefangennehmen-Methoden zu erschüttern, wo Bewahrungsgesetze zufrieden sind, so dass die wesentlichen integrierten Mengen genau geschätzt werden.

Zweiphasiger Fluss

Das Modellieren des zweiphasigen Flusses ist noch unter der Entwicklung. Verschiedene Methoden sind vorgeschlagen worden. Das Volumen der flüssigen Methode hat viel Aufmerksamkeit kürzlich für Probleme erhalten, die verstreute Partikeln nicht haben, aber die Niveau-Satz-Methode und das Vorderverfolgen sind auch wertvolle Annäherungen. Die meisten dieser Methoden sind im Aufrechterhalten einer scharfen Schnittstelle oder beim Konservieren der Masse entweder gut. Das ist seit der Einschätzung der Dichte entscheidend, Viskosität und Oberflächenspannung basieren auf den über die Schnittstelle durchschnittlichen Werten. Lagrangian mehrphasige Modelle, die für verstreute Medien verwendet werden, basieren auf dem Lösen der Gleichung von Lagrangian der Bewegung für die verstreute Phase.

Lösungsalgorithmen

Discretization im Raum erzeugt ein System von gewöhnlichen Differenzialgleichungen für unsichere Probleme und algebraischen Gleichungen für unveränderliche Probleme. Implizite oder halbimplizite Methoden werden allgemein verwendet, um die gewöhnlichen Differenzialgleichungen zu integrieren, ein System (gewöhnlich) nichtlinearer algebraischer Gleichungen erzeugend. Die Verwendung einer Wiederholung von Newton oder Picard erzeugt ein System von geradlinigen Gleichungen, das in Gegenwart von der Advektion nichtsymmetrisch und in Gegenwart von incompressibility unbestimmt ist. Solche Systeme, besonders im 3D, sind für direkten solvers oft zu groß, so werden wiederholende Methoden, entweder stationäre Methoden wie aufeinander folgende Überentspannung oder Subraummethoden von Krylov verwendet. Methoden von Krylov wie GMRES, der normalerweise mit dem Vorbedingen verwendet ist, funktionieren durch die Minderung des restlichen über aufeinander folgende vom vorbedingten Maschinenbediener erzeugte Subräume.

Mehrbratrost ist im Vorteil der asymptotisch optimalen Leistung auf vielen Problemen. Traditioneller solvers und Vorklimaanlagen sind beim Reduzieren von Hochfrequenzbestandteilen der restlichen aber niederfrequenten Bestandteile wirksam normalerweise verlangen, dass viele Wiederholungen abnehmen. Durch das Funktionieren auf vielfachen Skalen reduziert Mehrbratrost alle Bestandteile des restlichen durch ähnliche Faktoren, zu einer mit dem Ineinandergreifen unabhängigen Zahl von Wiederholungen führend.

Für unbestimmte Systeme, Vorklimaanlagen wie unvollständiger LU factorization, Zusatz leisten Schwarz und Mehrbratrost schlecht oder scheitern völlig, so muss die Problem-Struktur für das wirksame Vorbedingen verwendet werden. In CFD allgemein verwendete Methoden sind die Algorithmen von SIMPLE und Uzawa, die vom Ineinandergreifen abhängige Konvergenz-Raten ausstellen, aber neue Fortschritte, die auf dem Block LU factorization gestützt sind, verbunden mit dem Mehrbratrost für die resultierenden bestimmten Systeme haben zu Vorklimaanlagen geführt, die mit dem Ineinandergreifen unabhängige Konvergenz-Raten liefern.

Siehe auch

• Klinge-Element-Theorie
• Rechenbetonter magnetohydrodynamics
• Begrenzte Element-Analyse
• Flüssige Simulation
• Versunkene Grenzmethode
• KIVA (Software)
• Gitter Methoden von Boltzmann
• Liste von begrenzten Element-Softwarepaketen
• Mehrdisziplinarische Designoptimierung
• Turbulenz, modellierend
• Vergegenwärtigung
• Windkanal
• Methoden von Meshfree
• Wasserdrucklehre der geglätteten Partikel
• Bewegende Partikel halbimplizite Methode

Referenzen

Links

• CFD Tutorenkurs Viele Beispiele und Images, mit Verweisungen auf den Robotic-Fisch.
• CFD-Wiki
• Kurs: Einführung in CFD - Dmitri Kuzmin (Dortmunder Universität der Technologie)