Numeričke metode u hidrodinamici (CFD)

Σχετικά έγγραφα
ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

18. listopada listopada / 13

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

7 Algebarske jednadžbe

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

numeričkih deskriptivnih mera.

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

1.4 Tangenta i normala

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

F (t) F (t) F (t) OGLEDNI PRIMJER SVEUČILIŠTE J.J.STROSSMAYERA U OSIJEKU ZADATAK

APROKSIMACIJA FUNKCIJA

ZBIRKA POTPUNO RIJEŠENIH ZADATAKA

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

PARNA POSTROJENJA ZA KOMBINIRANU PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLINSKE ENERGIJE (ENERGANE)

Uvod. - linearne jednadžbe. - nelinearne jednadžbe

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

Operacije s matricama

1. Uvod. 2. Procesne jadnadžbe. 3. Metoda Runge-Kutta 4. Reda

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

TOPOLOŠKOM OPTIMIRANJU KONSTRUKTIVNIH ELEMENATA

Metoda konačnih volumena za probleme difuzije

III VEŽBA: FURIJEOVI REDOVI

INTELIGENTNO UPRAVLJANJE

Teorijske osnove informatike 1

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Kaskadna kompenzacija SAU

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

Obrada signala

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Prikaz sustava u prostoru stanja

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

5. Karakteristične funkcije

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

Elementi spektralne teorije matrica

1 Promjena baze vektora

( x) ( ) ( ) ( x) ( ) ( x) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Grafičko prikazivanje atributivnih i geografskih nizova

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Dijagonalizacija operatora

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Poglavlje 7. Blok dijagrami diskretnih sistema

Sortiranje prebrajanjem (Counting sort) i Radix Sort

KONVEKSNI SKUPOVI. Definicije: potprostor, afin skup, konveksan skup, konveksan konus. 1/5. Back FullScr

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

radni nerecenzirani materijal za predavanja

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

Linearna algebra I, zimski semestar 2007/2008

Izbor statističkih testova Ana-Maria Šimundić

PREDNAPETI BETON Primjer nadvožnjaka preko autoceste

Gauss, Stokes, Maxwell. Vektorski identiteti ( ),

( , 2. kolokvij)

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Matematički modeli realnih sustava 1. i 2. dio

5. Aproksimacija i interpolacija

Eksperimentalna i numerička analiza slobodnih vibracija grede

Matematičke metode u marketingumultidimenzionalno skaliranje. Lavoslav ČaklovićPMF-MO

PROSTORNI STATIČKI ODREĐENI SUSTAVI

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

4 Numeričko diferenciranje

Dijagrami: Greda i konzola. Prosta greda. II. Dijagrami unutarnjih sila. 2. Popre nih sila TZ 3. Momenata savijanja My. 1. Uzdužnih sila N. 11.

21. ŠKOLSKO/OPĆINSKO/GRADSKO NATJECANJE IZ GEOGRAFIJE GODINE 8. RAZRED TOČNI ODGOVORI

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

Novi Sad god Broj 1 / 06 Veljko Milković Bulevar cara Lazara 56 Novi Sad. Izveštaj o merenju

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Funkcija gustoće neprekidne slučajne varijable ima dva bitna svojstva: 1. Nenegativnost: f(x) 0, x R, 2. Normiranost: f(x)dx = 1.

LINEARNA ALGEBRA 1, ZIMSKI SEMESTAR 2007/2008 PREDAVANJA: NENAD BAKIĆ, VJEŽBE: LUKA GRUBIŠIĆ I MAJA STARČEVIĆ

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

MATEMATIKA Pokažite da za konjugiranje (a + bi = a bi) vrijedi. a) z=z b) z 1 z 2 = z 1 z 2 c) z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 d) z z= z 2

4. poglavlje (korigirano) LIMESI FUNKCIJA

Iterativne metode - vježbe

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

5 Ispitivanje funkcija

2.6 Nepravi integrali

Transcript:

Numeričke metode u hidrodinamici (CFD) -Prostorna diskretizacija -Rubni i početni uvjeti -Numeričke metode (FD, FC, FE) -Vremenska diskterizacija -Rješavanje sustava jednadžbi procesa

Computational fluid dynamics(cfd) -Dobiva na važnosti u odnosu na modeliranje sa fizikalnim modelima. -napredak kompjuterskih tehnologija uvjetuje daljnji razvoj. -nužan razvoj obzirom na ograničeni broj ekzaktnihrješenja. -različite metodologije-pristup: konačne diferencije konačni volumeni konačni elementi

Prostorna diskretizacija -Prvi korak u provedbi numeričkog modeliranja je podjela prostora na konačni broj domena (konačan broj stupnjeva slobode). -Dvije osnosvneklase diskretizacijeprostora: strukturirana i nestrukturirana mreža. -Generiranje mreže obavlja se uglavnom automatskim mrežnim generatorima. -Izbor i adaptacija mreže odnosno diskretizacije je temeljni i vrlo bitak korak u cijelokupnoj provedbi CFL.

Strukturirane mreže -Svaki element i svaki čvor može se identificirati sa ndim pointerom -Podtipovi strukturiranih mreža su: -regularne mreže -ortogonalnemreže -zakrivljene mreže (curvlineargrids)

Prednosti i nedostaci strukturirane mreže -Relativno malo potrebne memorije za pohranjivanje. -Jednostavne promjene i administriranje mreža. -Slaba geometrijska fleksibilnost. -Nije prikladna u slučaju primjene pokretnih granica ( movableboundaries ).

Multi-block strukturirane mreže -Isključeni neki nedostaci generalnih strukturiranih mreža (povećana geometrijska fleksibilnost). -Potrebne su dodatne intervencije i adaptacije na području prelazaiz mreže jedne gustoće u mrežu druge gustoće.

Nestrukturirane mreže -Broj elemenata i komunikacija sa susjednim elementima nije prethodno određen. -Osim koordinata čvorova postrebnoje uspostaviti i indeksiranje elemenata.

Prednosti i nedostaci nestrukturirane mreže -Povoljna za kompleksne i pokretne rubove -Geometrijska fleksibilnost -Značajniji zahtjevi memorijskog pohranjivanja -Zahtjevnije administriranje i manipuliranje -Duže vrijeme proračuna

Generiranje nestrukturirane mreže -Uglavnom se koriste dva tipa generatora: algebarski generatori mreža i generatori mreža bazirani na PDE. -Algebarski generatori koriste jednostavne algebarske algoritme u provedbi generiranja. -Eliptički i hiperbolnigeneratori inicijalno se uspostavljaju sa jednostavnom strukturom te se transformiraju o odnosu na PDE (efektivni rubovi postaju rubni uvjeti od PDE).

Rubni uvjeti -Rješavanje odgovarajuće PDE zahtijeva poznavanje rubnih uvjeta. -Rubni uvjeti utječu na rješenje, uobičajeno duboko u područje prostorne domene. -Loše uspostavljeni rubni uvjeti vode do pogrešnog rješenja, neovisno o kvaliteti primijenjenog algoritma rješavanja odnosno numeričke sheme. -Kao pravilo, ne-trivijalni rubni uvjeti trebaju se postaviti gdje god karakteristične informacije prodiru u proračunsku domenu.

Početni uvjeti -Početni uvjeti ustvari predstavljaju rubne uvjete u vremenu. -Stacionarni problemi se često rješavaju sa nestacionarnimalgoritmom. U tom slučaju početni uvjeti imaju manje značajnu ulogu. -Kompleksni nelinearni sustavi konvergiraju samo u slučaju primjene fizikalno smisaonih početnih uvjeta, primjerice definiranje sustava u mirovanju (v=0, h=const.).

Numeričke metode - osnovno -Analogija između eksperimenta i numerike (temeljna priprema potrebna u svrhu smanjenja vremena proračuna). -Numeričke metode koriste konačan broj diskretnih čvornihvrijednosti umjesto kontinuirano distribuirane varijable. -Metode se razlikuju u načinu na koji se realna distribucija varijable aproksimira sa čvornim vrijednostima -Najčešće upotrebljavane metode su FD, FV i FE.

Modelska jednadžba za primjenu 3 metode (Poisson-ova jednadžba u 1D)

Metoda konačnih diferencija - Modelska varijabla Φ je razvijena u Taylor-ov red, npr. oko čvora 2 i korištena kao aproksimacija za čvor 1. Ta procedura rezultira sa izrazom za traženu derivaciju. - Prema tome, aproksimacija je:

Metoda konačnih diferencija -Primjenom na svaku točku proračunske domene te primjenom rubnih uvjeta dobiva se: - Intuitivni pristup, brz proračun, mala geometrijska fleksibilnost, problem sa oštrim frontama (moguća pojava beskonačnih gradijenata)

Metoda konačnih volumena -Metoda počiva na integralnoj formi modelske jednadžbe -Primjenom integlanogoblika osigurava se konzerviranje relevantnih veličina poput mase, količine gibanja i energije. - Prednost naspram KD očituje se kod neregularne diskretizacije, te kod nestrukturiranih mreža u 2D i 3D -Veća geometrijska fleksibilnost i bolja uvjetovanost matrica nego u KD.

Metoda konačnih elemenata - Metoda počiva na slaboj integralnoj formulaciji kao rezultira primjene weighted residuals. -Integracijom weighted modelske jednadžbe uzduž modelske domene (poddomenapo poddomena) forsira se minimizacija diskretizacijske greške. - Pretpostavlja se da je varijacija nepoznate funkcije preko jednog elementa aproksimirana sa poligonom (u najjednostavnijem slučaju linearna funkcija)

Metoda konačnih elemenata -Zahtijeva se da elementarne interpolacijske funkcije N imaju vrijednost 1 u pripadnom čvoru i vrijednost 0 u svim ostalim čvorovima. -Postoji širi izbor pri odabiru weightedfunction. -Često se primjenjuje Galerkin-ova metoda u kojoj se za weightedfunction odabire funkcija istovjetna čvornoj funkciji sačinjenoj od dvije susjedne N-funkcije unutrašnjeg čvora i jedne N-funkcije vanjskog čvora. -Sa N integralnih uvjeta formiran je sustav za rješavanje N nepoznatih vrijednosti Φ u čvorovima.

Metoda konačnih elemenata Napomena: Linearno rješenje po dijelovima ne može se diferencirati dva puta bez upotrebe funkcionala. Zbog toga se jedno deriviranje prebacuje na weighted function temeljem parcijalne integracije.

Vremenska diskretizacija - Eksplicitan pristup: varijabla u trenutku j+1 ovisi samo o vrijednosti varijable u trenutku j. Nije potreban solver za provedbu iteracija. -Zbog uvjeta stabilnosti izbor maksimalnog vremenskog koraka je ograničen (uobičajeno nužan vrlo mali vremenski korak). -Implicitan pristup: varijabla u trenutku j+1ovisi o vrijednosti varijable u drugim čvorovima u trenutku j+1. (potreban solver ). Jednadžbe mogu postati nelinerane. -Semiimplicitanpristup: mješavina prethodnih (potreban solver ). Moguće poboljšanje točnosti i linearizacija jednadžbi