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关于不可压缩流体在层流二维流中的Navier-Stokes方程解的分层展开方法的研究论文

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简介:
本文探讨了针对不可压缩流体于二维层流条件下的纳维叶-斯托克斯方程,提出了一种基于分层展开的新解析求解策略。该方法旨在简化复杂流动问题的数学处理,并提供了对流体动力学现象更深入的理解和分析手段。 在解决Navier-Stokes方程的各种方法当中,层次扩展法已经表现出令人满意的效果。这项研究的目标是利用层级函数中的变量扩展来求解二维不可压缩流体的层流中Navier-Stokes方程,该方法基于有限元技术构建。 本段落所采用的扩展函数以Legendre多项式为基础,并在矩形元素内进行了调整,从而定义了角、边和面积相关的函数。与侧面以及组件区域关联的功能顺序被调节至所需或期望的程度。这种策略被称为“层次展开法”。 为了验证提出的数值方法的有效性,研究分析了文献中三个广为人知的二维问题案例之一。 实验结果表明该技术能够提供精确的结果,因此可以得出结论:分层扩展的方法在处理不可压缩流体的动力学问题上具有显著效果和实用性。

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  • Navier-Stokes
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    本文探讨了针对不可压缩流体于二维层流条件下的纳维叶-斯托克斯方程,提出了一种基于分层展开的新解析求解策略。该方法旨在简化复杂流动问题的数学处理,并提供了对流体动力学现象更深入的理解和分析手段。 在解决Navier-Stokes方程的各种方法当中,层次扩展法已经表现出令人满意的效果。这项研究的目标是利用层级函数中的变量扩展来求解二维不可压缩流体的层流中Navier-Stokes方程,该方法基于有限元技术构建。 本段落所采用的扩展函数以Legendre多项式为基础,并在矩形元素内进行了调整,从而定义了角、边和面积相关的函数。与侧面以及组件区域关联的功能顺序被调节至所需或期望的程度。这种策略被称为“层次展开法”。 为了验证提出的数值方法的有效性,研究分析了文献中三个广为人知的二维问题案例之一。 实验结果表明该技术能够提供精确的结果,因此可以得出结论:分层扩展的方法在处理不可压缩流体的动力学问题上具有显著效果和实用性。
  • 隐式MATLAB CFD求器:Navier-Stokes应用
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    本研究开发了一种基于MATLAB的隐式CFD求解器,专门用于解决二维Navier-Stokes方程在层状不可压缩流中的问题。通过数值模拟,深入探讨了此类流动现象,并提供了高效准确的解决方案。 MATLAB代码CFD-求解器用于二维Navier-Stokes方程的层流不可压缩流动问题的计算。该求解器采用有限体积方法,并使用并置网格布置,能够处理稳态与非稳态情况。 1. 压力速度耦合:通过SIMPLE算法实现散度方案的空间离散化。 2. 对流项格式选择包括迎风、中心差分、二阶迎风、QUICK和FROMM方法。 3. 非稳态模拟采用隐式Crank-Nicholson时间离散化方式,以单元为中心的梯度算法提供高斯节点或最小平方方案选项。 4. 支持GaussSiedel, GaussJacobi及IncompleteLU分解矩阵求解器。用户可自由编辑代码使用MATLAB内置求解器。 网格输入:接受2D ASCII Ansys-Fluent格式(.msh)的全部和边界节点文件,输出支持Tecplot二进制文件格式。 运行该程序需要执行NS_solve.m脚本,并且在BC目录下设置U.bc, V.bc及P.bc等边界条件文件。当前版本支持固定值与零梯度两种类型的边界条件。 示例网格及其对应边界条件文件已提供,供用户参考学习使用。
  • CFD2D: 领域内Navier-Stokes器-
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    CFD2D是一款用于求解二维空间内不可压缩流体流动问题的开源软件。通过数值方法解析Navier-Stokes方程,支持科研人员和工程师进行复杂流体力学现象的研究与分析。 CFD2D是一款开源软件,适用于Linux系统,用于求解单位正方形内任意二维域的无量纲不可压缩Navier-Stokes方程(NSE),该二维域具有Dirichlet边界条件以及“不做任何事情”的边界条件。空间离散化采用有限元方法(FEM)并使用近似均匀的三角形网格进行实现。 软件提供了两种FE空间选择,分别是所谓的MINI元素和Taylor-Hood元素。其中,MINI元素由连续分段线性的三次气泡函数及其速度气泡组成;而Taylor-Hood元素则完全由连续分段线性构成。在上述两种情况下,压力场均通过分段线性进行近似处理。 CFD2D支持固定和时间相关的制度,并提供基本的绘图工具。软件采用GMRES和CG迭代算法来求解线性系统。“Triangle”是用于生成网格的配套软件。
  • Navier-Stokes盖子驱动空腔FEM-MATLAB实现
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    本研究探讨了使用有限元方法(FEM)求解二维不可压缩Navier-Stokes方程,以模拟盖子驱动空腔内的流体动力学行为,并通过MATLAB进行数值计算与仿真。 不可压缩平稳二维Navier-Stokes方程的有限元方法解。
  • 双线性插值Matlab代码-Navier-Stokes稳态有限元
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    本项目提供了一套基于Matlab的双线性插值算法和用于求解二维稳态不可压缩流体问题的Navier-Stokes方程的有限元分析程序,适用于学术研究及工程应用。 Navier-Stokes方程是流体力学的基础理论之一,在解决实际问题时经常使用有限元方法来求解该方程组。本段落利用MATLAB编写了Galerkin有限元程序,用于计算无外部力作用下的牛顿不可压缩流体二维稳态流动的Navier-Stokes方程。研究中选取了一个典型的盖子驱动腔室作为应用场景。 在具体实施过程中,采用了八节点矩形单元来构建元素方程,并确定了速度分量和压力变量的位置分布:所有八个节点都用于表示速度分量,而四个角点则用来定义压力值。这种配置意味着每个单元包含16个未知的速度参数以及4个未知的压力参数,总计20个待求解的未知数。 对于插值函数的选择,我们采用了二次多项式来描述速度场的变化趋势,并使用双线性插值法处理压强分布情况。基于这些设定开发了有限元计算程序并进行了相应的数值实验分析。最终将所得结果与相关文献中的基准数据进行对比验证其准确性。
  • 利用 SIMPLE 算 Navier-Stokes 器:应用稳态、盖驱动腔问题
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    本研究开发了基于SIMPLE算法的Navier-Stokes方程求解器,专门用于解决稳态、不可压缩流体在盖驱动腔中的流动问题,提高了计算效率和准确性。 这段文字描述了一个使用 MATLAB 编写的代码,该代码采用半隐式方法(SIMPLE)求解二维、稳态且不可压缩的纳维叶-斯托克斯方程。在这个过程中,U 和 V 动量网格是交错排列的,“压力”网格则是由为离散化流域生成的标准控制体积构成的常规网格。 在该代码中,压力修正方程设置得过于宽松,而速度求解器则相对紧一些。边界条件不进行速度校正,并通过将相应的 P 系数设为大值来终止处理。此外,在交错单元面上的速度使用迎风插值方案获取。 质量守恒监测器每 100 次迭代显示一次以检查计算的质量不平衡是否随着连续的迭代而消失。最后,利用 quiver 函数完成后处理,并通过将 U、V 速度从交错网格插入到常规网格单元角来展示流体流动情况;同时使用 contourf 函数并设置颜色图为 jet 或 hsv 来获得等高线图。
  • 一阶有限元Navier-Stokes(2013年)
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    本文于2013年探讨了一阶有限元方法在求解不可压缩Navier-Stokes方程中的应用,分析了该方法的有效性和准确性。 不可压Navier-Stokes方程求解的一个主要挑战在于如何确定压力场并满足不可压缩条件。虽然连续性方程中不包含压力项,但压力对速度有约束作用。为解决这一问题,对于粘性不可压流动提出了以速度和应力作为基本变量的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式,并且该系统不含压力项。采用有限元方法时,使用同阶插值处理速度和应力;非线性对流项通过牛顿迭代法解决;时间项则利用后向欧拉方法进行计算。基于FreeFem++平台,进行了两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流的数值模拟,并将结果与精确解及标准算例对比以验证准确性。
  • 平板上超声速数值:利用Navier-Stokes状态下动-Matlab实现
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    本研究采用Matlab软件对平板上超声速流动进行数值模拟,基于Navier-Stokes方程解析层流状态下流动特性,为航空航天领域的气动设计提供理论支持。 该代码通过求解层流状态下的完整Navier-Stokes方程来模拟平板上的超音速流动。代码结构及数值算法遵循John D. Anderson Jr.的《Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications》一书第10章中的描述,采用基于MacCormack预测-校正技术的时间推进有限差分方法进行求解和离散化处理。该代码能够解决恒温和绝热壁箱的问题,并且包含一个脚本用于生成与书中相同的图表以供比较。
  • MATLAB定常Navier-Stokes有限元计算代码.zip
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    本资源提供了一套基于MATLAB实现的二维定常不可压缩Navier-Stokes方程的有限元数值求解代码,适用于流体力学相关研究与教学。 版本:MATLAB 2019a 领域:基础教程 内容:二维定常不可压缩Navier-Stokes方程的有限元计算MATLAB代码.zip 适合人群:本科、硕士等教研学习使用
  • 边界MATLAB数值:针对平板计算
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    本研究利用MATLAB进行数值模拟,探讨了二维层流可压缩边界层在平板上的流动特性,提供了详细的计算与分析。 边界层方程的推导是流体动力学中的一个重大进展。通过数量级分析,在边界层内可以大大简化控制粘性流体流动的Navier-Stokes方程。值得注意的是,偏微分方程(PDE)的特征转变为抛物线型,而不再是完整Navier-Stokes方程的椭圆形式。这使得方程求解变得更加简单。