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  3. 动量方程中viscous term的离散,书里写的有点问题?

动量方程中viscous term的离散,书里写的有点问题?

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    Voynich
    写于 最后由 编辑
    #1

    《The finite volume in computational fluid dynamics》中,$\nabla\mathbf v$写成

    \begin{equation}
    \nabla \mathbf{v} = \left[
    \begin{matrix}
    \frac{\partial u}{\partial x} & \frac{\partial v}{\partial x} & \frac{\partial w}{\partial x}\\
    \frac{\partial u}{\partial y} & \frac{\partial v}{\partial y} & \frac{\partial w}{\partial y} \\
    \frac{\partial u}{\partial z} & \frac{\partial v}{\partial z} & \frac{\partial w}{\partial z}\\
    \end{matrix}
    \right]
    \end{equation}
    在书中15.5.1节对SIMPLE的推导中,把$\nabla\cdot\{\mu\nabla\mathbf v\}$作为扩散项离散,把$\nabla\cdot\{\mu(\nabla\mathbf v)^\top\}$作为源项处理,是不是弄反了?

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  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #2

    $\bfU$和$\bfU^T$是存在这个问题。CFD里面一般就是你写的方程1的形式。参考《笔记》2.5节

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    V 1 条回复 最后回复
  • V 离线
    V 离线
    Voynich
    在 中回复了 李东岳 最后由 Voynich 编辑
    #3

    @李东岳 8283a5e9-1e91-409e-abdf-9f7925eaf2ae-image.png
    问题可能在这儿,Moukalled书p589这两个式子有问题,应该像下面这样写:

    \begin{equation}
    \int_\limits{V_C}\nabla\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})^\top\}dV=\sum_\limits{f\sim nb(C)}\mathbf{S}_f\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})_f^\top\}
    \end{equation}

    \begin{equation}
    \mathbf{S}_f\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})^\top_f\} = \left[
    \begin{matrix}
    \frac{\partial u}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial x}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial x}S_f^z\\
    \frac{\partial u}{\partial y}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial y}S_f^z \\
    \frac{\partial u}{\partial z}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial z}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial z}S_f^z\\
    \end{matrix}
    \right]
    \end{equation}

    就是说,把$\nabla\cdot\{\mu\nabla\mathbf v\}$作为diffusion,把$\nabla\cdot\{\mu(\nabla\mathbf v)^\top\}$作为source处理是对的。diffusion term用高斯定理积分后应该是

    \begin{equation}
    \int_\limits{V_C}\nabla\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})\}dV=\sum_\limits{f\sim nb(C)}\mathbf{S}_f\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})\}
    \end{equation}

    \begin{equation}
    \mathbf{S}_f\cdot\{\mu(\nabla\mathbf{v})\} = \left[
    \begin{matrix}
    \frac{\partial u}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial u}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial u}{\partial z}S_f^z\\
    \frac{\partial v}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial v}{\partial z}S_f^z \\
    \frac{\partial w}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial w}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial z}S_f^z\\
    \end{matrix}
    \right]
    \end{equation}

    $\nabla\cdot\{\mu\nabla\mathbf v\}$和(5)的第$i$分量分别和Ferziger的Computational Method for Fluid Dynamics p185式(7.8)的微分形式和积分形式一致。

    48b4c40a-f4d4-499d-a445-0536268ae53d-image.png
    其中
    \begin{equation}
    \nabla u_i\cdot\mathbf ndS=\frac{\partial u_i}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial u_i}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial u_i}{\partial z}S_f^z
    \end{equation}
    总结,$\nabla\cdot\{\mu\nabla\mathbf v\}$是扩散项没问题,可以应用中心差分等数值格式计算。Moukalled书p589的式(15.65)张量形式的高斯定理写错了,$\mathbf{a}\cdot\{\tau\}$写成了$\{\tau\}\cdot\mathbf{a}$,式(15.66)展开成分量也就跟着错了。麻烦大佬看看我理解的对不对?

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #4

    这排版太流弊了。

    不过为什么写成方程2,3? 你的方程3如果继续做散度,无法消去,正常可以用连续性方程消去等于0。
    我觉得你的高斯定律应该写反了。我觉得你可能$\nabla\bfU$这一块就反了。最开始用一个反的,到后面只能每一步都需要用反的才能对上。

    你那个方程6是$\nabla\bfU\cdot\bfS$么?第一行应该是$u_xS_x + v_xS_y + w_xS_z$. 方程2 3 4 5应该也是反了。

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

    V 1 条回复 最后回复
  • V 离线
    V 离线
    Voynich
    在 中回复了 李东岳 最后由 Voynich 编辑
    #5

    @李东岳 感谢大佬回复,我说的可能有点乱,核心问题就是,$\nabla\cdot\{\tau\}$拆成两部分:

    \begin{equation}
    \begin{aligned}
    &\int_\limits{V_C}\nabla\cdot\{\tau\}dV\\
    =&\int_\limits{V_C}\nabla\cdot\{\mu\nabla\mathbf v\}dV+\int_\limits{V_C}\nabla\cdot\{\mu(\nabla\mathbf v)^\top\}dV\\
    =&\sum\limits_f\Box\cdot\mathbf{S}_f+\sum\limits_f\Box\cdot\mathbf{S}_f
    \end{aligned}
    \end{equation}

    不管$\Box$里面是分子布局还是分母布局,反正可以得到下面两项:

    \begin{equation}
    \sum\limits_f\Box\cdot\mathbf{S}_f=\sum\limits_f\left[
    \begin{matrix}
    \frac{\partial u}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial u}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial u}{\partial z}S_f^z\\
    \frac{\partial v}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial v}{\partial z}S_f^z \\
    \frac{\partial w}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial w}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial z}S_f^z\\
    \end{matrix}
    \right]
    \end{equation}

    \begin{equation}
    \sum\limits_f\Box\cdot\mathbf{S}_f=\sum\limits_f\left[
    \begin{matrix}
    \frac{\partial u}{\partial x}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial x}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial x}S_f^z\\
    \frac{\partial u}{\partial y}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial y}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial y}S_f^z \\
    \frac{\partial u}{\partial z}S_f^x + \frac{\partial v}{\partial z}S_f^y + \frac{\partial w}{\partial z}S_f^z\\
    \end{matrix}
    \right]
    \end{equation}

    应该是前面一个,式(8)作为diffusion处理,对每个分量都有$\nabla\phi\cdot\mathbf S_f=\frac{\phi_F-\phi_C}{d_{CF}}S_f$(正交网格)。是这样吗?

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #6

    你的方程8写的对。是。你最后一个帖子是对的。

    你这排版太流弊了。我都没你写得好..

    http://dyfluid.com/index.html
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    Voynich
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #7

    @李东岳 明白了,谢谢李老师。排版排了好久,清楚一点方便讨论:papa:

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