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文档简介
.,Slide1,第四章偏微分方程的性质BehaviorofPartialDifferentialEquations,.,Slide2,超音速钝体绕流问题的解决,.,3,方程的精确解:,含义:以常速度c向右传播。波形,振幅保持不变,(常用)特例:常系数线性单波方程,偏微方程的分类及特征,基本概念:椭圆型、双曲型、抛物型方程,1.一阶偏微分方程,初值:,u,x,t=0,u,x,t=t0,t=0时刻与t=t0时刻物理量的分布,t,x,t=t1,t=t2,t=t3,x-ct=const,重要概念:特征线,自变量空间的一条曲线,该曲线上物理量的方程可简化,.,4,c0扰动波向右传播:左端(A)需要给定边界条件;右端(B)只能被动接受,无法给定边界条件(即使给定,对计算域也无任何影响,且造成B端的非适定性)。c矩阵A可对角化-双曲型,特征方程(3)有两个相同实根,且无法对角化-抛物型,特征方程(3)无实根-椭圆型,.,Slide10,4.讨论Euler方程组,将矩阵A对角化,一维非定常Euler方程转化为三个单波方程:扰动波分别以速度传播,一维非定常流动:,推导,守恒变量:质量密度、动量密度、能量密度,好性质:齐次函数,.,Slide11,5.双曲型方程组边界条件提法,变换成为了彼此独立的n个单波方程,方法:独立给定j个方程的边界条件如果lj0,则在左端给定vj的边界条件如果lj1,特征根为实数,方程组为双曲型;M=1,特征根为或一个实特征值,方程组为抛物线;M1,特征根为虚数,方程组为椭圆型。,.,Slide25,4.4不同类型偏微分方程的性质,不同类型的方程具有不同的数学特性,反映出流场的不同物理特性,因而在进行求解时,也必须采用不同的数值方法。,.,Slide26,4.4.1双曲型方程,1.沿y轴上的信息已知(边界条件);2.P点的信息扰动,向下游沿两条特征线传递,并影响两条特征线之间区域(I)内的信息;3.特征线反向延伸,与y轴交于a、b,P点信息依赖于a-b-P之间的信息,称依赖区域;4.边界线上的c点下游特征线及其间区域对P点无影响。因而,P点的流场特性仅仅依赖于区域III内的流场参数。由此,可以通过“推进”方法,将边界线上(y轴)的信息逐步向下游(x方向)推进,以求解流场。,.,Slide27,4.4.1双曲型方程-例,定常无粘超音速流动假设流动:1.绕流孤立翼型2.绕流可以有攻角,但不产生脱体激波,同时不存在局部跨音速流动上述流动满足定常Euler方程-双曲型则:翼型上游ab线上的流场信息(可理解为无穷远来流)可逐步向下游传递,推进求解。,对于三维定常无粘超音速流动,方式相同。,.,Slide28,4.4.1双曲型方程-例,非定常无粘流动对于时间t,无论流动亚音或超音,方程皆为双曲型。对于一维非定常动,P点参数决定于a-b区域内的初值信息(t=0),而P点信息则可以影响其下游两特征线之间区域内的流场参数。对于二维非定常流动,方式相同。例子如:一维管道内的波运动,绕二维振荡翼型的二维非定常流动。,1D,2D,.,Slide29,4.4.2抛物型方程,1.只有一个特征值2.P点的参数对其下游整个区域都有影响;3.P点同样受其上游整个区域内任意位置的参数影响;4.同样适合以“推进”方法求解,.,Slide30,4.4.2抛物型方程-例,1.定常边界层流动,2.“抛物化”粘性流动,N-S方程中流向导数(如下式所列)很小,可忽略,则简化为PNS(抛物型NS方程),不适合存在分离的粘性流动,因流向导数的粘性项被忽略了,.,Slide31,4.4.2抛物型方程-例,3.非定常热传导假设流体的温度梯度是速度的函数、无附加的体积热,且内能e=cvT:,K=const,一维情况:,热扩散率,.,Slide32,4.4.3椭圆型方程,1.特征线为虚数,故与特征线有关的解法不适用;2.无有限影响区域和依赖区域,流场参数信息可以向任何方向传播;3.图中P点参数影响整个区域的信息,同时区域内任意点的参数也影响P点的参数
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