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文档简介

1、第八章 对流与扩散,(8.1),(8.2),(8.3),也可以改写为:,通用微分方程:,一维稳态对流与扩散,控制微分方程: 连续性方程变为 或,(8.4),(8.5),在上页图中中个控制容积内对控制微分方程进行积分:,及,上面的方程可以写为,定义两个新的符号,一维稳态对流与扩散,离散方程变化为:,给一个简单的例子:,(1)如果 及 ,结果是,(2)如果 及 ,结果是,一维稳态对流与扩散,(8.6),(8.7),(8.8),一维稳态对流与扩散,结果分析 因为 实际上不可能落在由相邻点值所建立的100200的范围,这些结果显然就是不真实的。于是离散方程就变得不适于用逐点法求解 以上结果导致了一个不

2、可接受的离散方程,因而就要寻找更好的公式,一维稳态对流与扩散,(8.9),(8.10),一维稳态对流与扩散,式中,(8.11a),(8.11b),(8.11c),一维稳态对流与扩散,(a)如果,及,结果是,(b)如果,及,结果是,上风方案,上风方案,如果,(8.12a),如果,(8.12b),上风方案,上风方案,混合格式,混合格式 当 时,使用具有二阶精度的中心差分格式; 当 时,采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。,在混合格式下,与 的输运方程,所对应的离散方程是:,混合格式,式中:,(8.13),(8.14),混合格式,混合格式根据流体流动的 Pe数在中心差分格式和迎风格式之间进

3、行切换,给格式综合了中心差分格式和迎风格式的共同优点,因其离散方程的系数总是正的,因此是无条件稳定的。,混合格式,指数格式,对于方程,在计算 内,如果当x=0时,有 ;当x=L 时,有 ,则方程的精确解是:,(8.15),(8.16),指数格式,现考虑一个由对流通量密度 与扩散通量密度 所组成的总通量密度 ;,总通量密度 是指单位时间内、单位面积上由扩散及对流作用而引起的某一物理量的总转移量。,(8.17),指数格式,按上述定义,方程(8.15)变为,对于控制体积内,由上式积分方程可得:,(8.18),(8.19),指数格式,精确解(8.15)可以作为点P与E之间的分布,其中用 和 代替 和

4、,并用距离 代替L,从而可以给出 的表达式:,式中, 是界面E上 的Pelclet数。,(8.20),指数格式,同样,可以写出关于 类似关系如下:,(8.21),指数格式,将上二试代入方程 ,得:,(8.22),指数格式,写成标准形式:,式中,,(8.23),(8.24),指数格式,在应用于一维的稳态问题时,指数格式保证对于任何的Pelclet数以及任意数量的网格点均可以得到精确解。 缺点: 指数运算是费时的; 对于二维或三维的问题,以及源项不为 零的情况,这种方案是不准确的。,乘方格式,当 数超过10时,扩散项按0对待;当 时,单位面积上的通量按一多项式来计算,如,对于控制体积的w界面有:,式中,,(8.25),乘方格式,与乘方格式对应的离散方程为:,式中,,(8.26),(8.27),输运方程,输运

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