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1 003 7
2 3 / Coptatioal Flid Daics CFD / eshcellcotrol vole grid grid poit CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD
3 NavierStokes Eler NS Eler NS NS NS Reolds NS CFD CFD CFD Post processig Eler LagrageNavierStokes 0 Pratl Vo Kara 3
4 CFD 0 60 CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD Reolds NavierStokes 0 CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD 4
5 3 4 CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD CFD Reolds CFD CFD CFD CFD CFD CFD. CFD CFD CFD CFD 5
6 CFD CFD CFD CFD CFD Capbell Meller Ki Moi CFD. CFD CFD 0 CFD Eler/ Reolds Navier-Stokes CFD CFD 5-0 CFD 40-50% 5-0% 50% CFD CFD CFD Fiite Differece Fiite Vole 6
7 NavierStokes CFD NavierStokes t V ρdv + ρv i ds 0 ρ + ( ρv) 0 S S ( ) a b ds V ρvdv + ρvvids ρfdv + τi V S a ( ρv) + ( ρvv) ρf + τ b τ p I + τ * τ * * ρ d + ( ρ + p ) ds ρ d + V V VV I i F V τ i V ds c S ( ρv) + ( ρvv + p I) ρf + τ * d 3 ρedv + ρev i ds ρfv i dv + ( τ V q) ids V S V V 3a S S ρ E + ( ρev) ρf V q+ ( τ V) 3b ρ ρe e V ρ + e E 7
8 ( τ V) ( pv) + ( τ * V) q ( k T) S ( ) ( * ) ρedv + ρe+ p V i ds ρfv i dv + τ V+ k T ids V V 3c ρ E + [( ρe+ p) V] ρf V+ ( k T) + ( τ * V) 3d p ρrt p ρe γ Eler Eler Gass Lagrage D Dt ρ V dv 0 ρ + V ρ + ρ V 0 Gass Gass S 8
9 CFD. Navier Stokes Eler NS ρ ρ U ρv ρw ρe U ( F F) ( G G) ( H H) z ρ ρv ρ + p ρv F ρv G ρv + p ρw ρvw ( ρe + p ) ( ρe + pv ) 0 τ τ τ z T τ + vτ + wτz + k G F H τ τ 0 z ρw ρw H ρvw ρw + p ( ρe + pw ) τ τ z τ τz + vτz + wτzz + k z zz τ 0 τ + vτ + wτ z + k z T T NS Eler U F G H z 45 UFGHF,,,,, G, H U FG,, H, F, G, H fl FGH,, F, G, H 9
10 45 45 U + ie 0 6 E ( F F ) i+ ( G G ) + ( H H )k E Fi+ G+ Hk 6 Gass t V UdV + EidS 0 7 S CFD CFD 45 shockcaptrig shockfittig 0
11 V 0 w Tw T q w ( ) w k T ( ) w 0 Vw i 0 3 Eler NavierStokes B U + A U C U,C B, A B, A U Eler U F + 0
12 U,F ρ ρ U ρ, ρe ε ρ f ρ p F + + ( γ )( ε ) f ρ ρ ( ρe p) f + 3 [ ε + ( γ )( ε )] ρ ρ f f f ρ ε F F ρ F F ε f f f U + + ρ ε ρ ε f3 f3 f 3 ρ ε f f f ρ ε f f f F A 3 ρ ε U f3 f3 f 3 ρ ε Eler U U + A 0 4a A Jacobi 0 0 A ( γ 3) (3 γ) γ 4b 3 3 ( γ ) γe ( γ ) + γe γ Laplace Φ Φ + 0 5a
13 5 Φ, v Φ v + 0 v 0 U U + A 0 U 0, v A 0 5b NavierStokes b + a c ( i,,..., ) i, i, i 6 6 t, (, t) d Γ : λ( U(, t)) 7 dt Γ Dφ φ φ d φ φ + + λ 8 Dt dt 6 Γ Γ Γ + a 0( a cost) 9 3
14 Γ D + λ Dt λ a D + a 0 0 Dt 9 : Γ d a dt D Dt 0 : Γ d a 9 dt D 0 Dt D 0 Dt cos t 9 Γ (,0) ( ) 0 cost Γ 9 t (, ) ( at) 0 6 [ + ] 0 li bi, ai, ci i 0 l ( i,,..., ) 0 i [( lb i i, ) + ( la i i, ) ] lc i i i i i i i i la lb i, i i, λ [( lb i i, )( + λ )] lc i i i i 4
15 D [( lb i i, ) ] lc i i i Dt i : Γ d λ dt l ( a λb ) 0,,,..., i i, i, i l ( l, l,..., l ) 3 l ( A λb) 0 4a T T T ( A λb ) l 0 4b 3 ll, T l 4 l ( l, l,..., l ) A λb 0 5 λ λ k ( k,,..., ) λk U λk 4 k λk l k DU k U U k l B( ) k l B( + λk ) l C6 Dt 5 A λb 0 5
16 A λb 0 A λb 0 k k k k A X 0 7 X X, X,... X 7 7 X, X,... X X, X,..., X AX 0 r r A A r A r r + λ 5 k λ k A λb r k A λb 0 A λb 0 k k A λb 0 A λb 0 0 A λb 6
17 . Eler 4 B I 0 0 A ( γ 3) (3 γ) γ 3 3 ( γ ) γe ( γ ) + γe γ A λi 0 A λ a, λ, λ + a 3 a γ p/ ρ Eler. Laplace 5 0 B I, A 0 A λi 0 λ i, λ i i Laplace 7
18 3. Eler ρ γ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ p a v a p v p p v v v p v v v ) ( 0 ) ( 0 A B + U U 0 C + U U p v ρ U p A γ ρ ρ v p v v v B γ ρ ρ ( ) 0 ( ) v v v a a a v a v a a a C A B v va v a a a ρ ρ ρ ρ ρ γρ 0 C I λ { } 4 ( ) [ ( )] ( ) v v a a v a λ λ C, 3,4 v v a v a a λ λ ± + 8
19 v a M + > 0 > ( 超 音 速 ) v a M + < 0 < ( 亚 音 速 ) + v a M 0 ( 音 速 ) C λi 0 v λ 3,4 a Eler Eler 70 MraCole Eler 4. Eler U A U B U t A λ a, λ, λ, λ + a 3 4 t Eler t Eler Eler Eler 9
20 5 Navier Stokes + v 0 + v p ρ + µ ( ρ + ) v + v v p ρ + µ v ( ρ + v ) v f g v h p µ f g + ( + ) f + vg ρ ρ p µ h f + ( ) h vf ρ ρ f f g h Navier Stokes 6. ) Navier Stokes ) Navier Stokes 3) Navier Stokes 4) 5) N S N S X 0
21 << Navier Stokes N-S CFD. Eler t λ a λ λ 3 + a A P(, t ) P P A A3 λ a λ λ 3 + a A4 a C b [, ] Eler a b λ ( k,,3) k P t dt ( dt > 0) p P
22 , P t < t P t < t λ a, λ + a,, t 0 P 3t 0 t > 0 t 0 C t 0 λ a λ 3 + a > C C, λ ( k,,3) C (, t ) P t > t k P t t P a P b > t P t t t a A Eler A t < t A A A A3 A4 Eler Eler Eler Eler + a 0( a cost )
23 Brgers + 0. P t > t P t P(, t ) P P a b NavierStokes Navier Stokes γ ( γ > 0) 3
24 + a γ ( a cost, γ cost > 0) Brgers γ ( + γ cost > 0) 3. Eler Navier Stokes Navier Stokes Laplace + 0 Poisso + s(, ) 4
25 γ ( γ > 0) ( t, ) [0,] [0, ] (,0) f( ) (0, t) a( t) (, t) b( t) Dirichlet algebraic differece qotiet ethod of fiite differece discretizatio. M M + 0,,..., M k k / M 5
26 ( k,t ) t t t t T N t0, t, t,... t N t t t T / N 3. ( k, t) k (, t) ( k 0,,..., M, 0,,..., N) CFD (, t) k k 6
27 4. (, t ) k ( k, t) γ ( k, t) t 3a ( ) γ ( ) 3b t k k t t t (, + t) t (, ) t (, t) li t 0 t t (, ) t (, t) t (, t) li t 0 t t (, + t) t (, t) t (, t) li t 0 t t (, t ) k t (, + t) t (, ) t (, t) t t (, ) t (, t) t (, t) t t (, + t) t (, t) t (, t) t ( ) t k + k t k 4a t k k k ( ) t 4b ( ) t + t k k k 4c 4a4b4c (, t ) ( ) k t k 7
28 + t k k k t k k k δ + t k k k,, δ 4 t t t ( ) ( ) ( ) k k+ k k k k k k+ k k k+ k k k k δ k k+ k,, δ,,δ ( ) (, t) (, t) ( t, ) li 0 ( ) k k ( ) + k+ k k k ( ) k + ( ) ( ) k+ k k k k 8
29 4a 53b + k k k+ k + k γ (6 a) t ( ) 0 k f( k) ( k 0,,..., M) (6 b) l 0 a( tl ) ( l 0,,...) (6 c) l M b( tl) ( l 0,,...) (6 d) 6 fiite differece schee 6a FTCS Forward differece i TieCetral differece i Space k k k+ k + k γ (7 a) t ( ) 0 k f( k) ( k 0,,..., M) (7 b) l 0 a( tl ) ( l 0,,...) (7 c) l M b( tl) ( l 0,,...) (7 d) 7 BTCSBackward differece i TieCetral differece i Space t t k k k+ k + k γ (8 a) t ( ) 0 k f( k) ( k 0,,..., M) (8 b) l 0 a( tl ) ( l 0,,...) (8 c) l M b( tl) ( l 0,,...) (8 d). FTCS FTCS 6a γ t σ σ + ( σ) + σ + k k+ k k 9 9
30 FTCS 0 k 0,,..., M 9 + k,..., M 3 6c6d + + k 0 k M 4 + t T FTCS k k k FTCS k k k 3 BTCS + k. BTCS 8a σ ( σ) + σ k+ k k k 0 FTCS BTCS + 3 BTCS BTCS 30
31 0 k 0,,..., M k + k 0,,..., M k 0: a( t ) ( 边 界 条 件 ) k : σ (+ σ) + σ k : σ (+ σ) + σ k M : σ (+ σ) + σ M M M k M b t + : M ( + )( 边 界 条 件 ) M + 0 at ( + ) + σ ( σ) σ σ ( σ) σ + 0 σ ( σ) σ + + M M + bt ( ) M Thoas t T γ ( γ > 0) (,0) f( ) (0, t) a cost (, t) b cost,t t (, ) a+ ( b a ) 3 3
32 3 γ 0 (0) a cost 4 () b cost 4 t 4 k, t + k k ε 6 ε ε 0 + 3, t Talor ( i, ) i (, ) i, Talor 3
33 3 3 i±, i, ± ( i, ) + ( i, ) ± 3 ( i, ) +...! 3! i, i+, i, (, i ) + TE. () 3 TE.. (, i ) + 3 (, i ) +... O( )! 3! TE.. Trcatio Error O( ) i, (, i ) i, i, i, (, i ) + TE. (3) 3 TE.. (, i ) + 3 (, i ) +... O( )! 3! (, i ) δ i, i+, i, (, i ) + TE. ( TE O 3! (, i ) +... ( ) 4) δ i, (, i ) (, ) (, t) FTCS + tk k k k + TE. t t 3 t t TE..... ( ) k + 3 k + O t! 3! 33
34 k+ k + k ( ) k + TE.. ( ) ( ) TE O 4! 6! (( ) ) 4 k + 6 k (, i ) (, i ) (, i ),( i, ),( i, ) (, i ) k (, i ) ( ai, + bi, + ci, ) O( ) 5 i,, i,, i, (, i ) k, (, i ) Talor 5 i,, i, i, k abc,, Talor Talor (, ) (,,, ) ( k + i ai + bi + ci O ) ( 6) 3 i, (, i ) 3 (, i ) 3 (, ) i (, i ) a a i, 5 b i, b b( )! b( )! 3 b( ) 3! 6 c i, c c( )! c( )! 3 c( ) 3! 7 k k k
35 6 5 Talor ~6 α α α α i, + ( i, ) + ( i, ) ( i, ) α0, α, α, α3 6, (, i ) Talor c, i i ci, ci, c( ) ( i, ) c( ) ( i, ) c( ) 3 ( i, )...!! 3! 3 3 c [ i, + ( ) ( i, ) + ( ) ( i, ) + ( ) 3 ( i, ) +...]!! 3! 3~6 3~6 6 Talor 7~9 k k 6 i, (, i ) a+ b+ c 0 b+ c i,, i,, i, (, i ) i,, i,, i, (, i ) 7 a + c b c (, i ) [( + c ) i, (+ c ) i, + ci, ] + O( ) 8 c 0 8 k 6 i, (, i ) (, i ) a+ b+ c 0 b+ c+ 09 b+ 4c 0 35
36 a 3/, b, c / (, i ) [3i, 4 i, + i, ] + O( ) 0 0 (, i ) k 3 i,, i,, i, (, i ) k (, i ) k. k k k+ k ( + ) ( ) + ( ) k k k k+ k ( ) ( ) + k k k+ k k+ k k L L, α β, ( α L + βl ) L( α) + L ( β) L L, ( ) k ( ) k AB, X X ( AB) X ( BA) X ( AB) ( BA) 36
37 E α +α t E β β + + E E E E ) ( ) ( µ ) ( E E + µ E ) ( + E E ) ( E E ) ( + δ E E δ E E ) ( + δ E E δ. E δe 37
38 µδ ( E E δ E + E. Talor ( ) L k L O(( ) ) L O(( ) k ) ) µ ( ) ( + + O ) µ O() + δ O( ) δ O( ) + δ + ( O ) δ O( ) O ) ( O( ) O ) O( ) + ( 3 : Dt Talor : D D 3 + t t 3 + td t + Dt + Dt +! 3! 3 t t 3 ( + tdt + Dt + Dt + )! 3! tdt e 3 e < < +! 3!! E e td t t 38
39 Et t td e t D t l Et D D l E E e h D l E h D DD D( l E) D(l E) (l E) h h h D (l ) E h 4. D 3 4 l E l( ) ( ) Oh ( ) ( ) ( ) + O [( ) ] ( + ) 3 4 ( ) + [( + + O ) ] 0 D D l E l( + ) ( ) E
40 ( ) ( ) D ( + + ) + ( ) µ δ δ ( δ + ) µδ ( ) + + ( ) ( ) µ δ 3 µ δ ( δ ) 6 D D (l E) ( ) ) ( ) ( )( ( ) [ ( ) ( )...] + [ + ( ) +...] ( ) 4 5 ( ) δ δ + ( ) [ δ...] ( ) + ( ) + ( ) δ ( ) + ( ) ( ) + δ (( ) + O ) 40
41 δ ( ) 4 ( δ ) 5. * 5 : 3 5 µ δ δ D ( δ + ) h µδ µδ hd µδ µδ hd µδ + O h 6 5 ( ) hd µδ O( h ) µδ hd µδ + µδ + 6 Dh 3 5 (. ) O( h ) 3 hd µδ + O( h ) 3 3 hd µδ + O( h ) Oh ( ) µδ + µδ 3 Oh ( ) O( h ) ( ) µδ µδ µδ ( ( ) µδ ( 3 5 hd µδ + O h + O h 6 ) µδ 4
42 δ hd + + O( h ) µδ + O( h 6 µδ D + O h δ h ( 4 ) ) 3 µ δ 4 3 Pade Pade 4 δ 6 D δ + δ 90 D h δ 4 + O ( h ) δ + γ (,0) f( ) (0, t) a( t) (, t) b( t) Dt + t O t t D δ h δ O ( h ) ( ) h δ t + t γ h δ 4
43 δ + ( σ + ) δ + δ + δ ( ) [ ( σ ) δ] ( σ + ) + ( σ + ) + ( σ + ) + { } + 3. R α α α 3, R + + R i i 43
44 i / ( i ) a i i. A R A A A a a 0 A A A A L 0 e L k 0 k k ( e) k L ( e) k 0 L ( ) e k L k 0 L ( ) 0 (local trcatio error) : L. TE. L( ) e k FTCS e e + t ( ) + k k k+ k k γ ( k), Talor + k k k+ k + k γ t ( ) 4 t ( ) [( ) k γ( ) ] ( ) ( ) k + k γ 4 4! ( t) ( ) + ( ) ( )... 4 k γ 6 k + 6 6! k 44
45 e L ( ) + ( e) k ( e) k ( e) k+ ( e) k+ ( e) k e k γ t ( ) 4 t ( ) [( e ) ( e ) ] ( e ) ( e k γ ) k + k γ 4 4! ( t) e ( ) e + ( ) ( )... 4 k γ 6 k + 6 6! k ( e e k γ ( ) k ) t ( ) ( t) ( ) e e e e k k γ 4 k+ 4 k γ e k L ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ! 6 6! O t + O ( ) (( ) ) L TE L O t + O.. ( e) k ( ) (( ) ) L ( ) 0 p q L. TE. O(( t) ) + O(( ) ) p q FTCS ( ) k γ ( ) 0 k e FTCS ( ) k γ ( ) k 0 ( ) γ( ) γ( ) γ tt t t t t γ ( tt ) k ( ) k ( ) ( ) ( ).. ( t )( ) t ( ) ( LT E γγ ).. 4 k + 4 k γ 6 k +. 4! 6 6! 45
46 t ( ) γ 4 0 L. T. E O(( t) ) + O(( ) ) 4! FTCS L ( ) 0 L ( ) 0 e LT.. E. ( ) L e e L ( ) 0 L ( ) e li LT.. E li ( ) 0 L 0, t 0 0, t 0 p q L. TE. O(( t) ) + O(( ) ) p > 0, q > 0 e + g (,,...)
47 (, ) [ ab, ], ( ) + ( ( b a)) (, ) FTCS + k k k+ k + k L ( k ) γ 0 t ( ) tl ( ) [ σ + ( σ) + σ ] 0 + k k k+ k k < k < + (,,,, ) (,,,, ) T 0 ( ) + tl Q 0 Q T + Q 0 4 L ( ) 0 tl ( ) + Q 0 5 e + e Q + e tτ 6 τ L ( e ) τ w w e e 7 w + Qw + tτ
48 w Qw + tτ + ( ) QQw + tτ + tτ 0 w Q w t Q τ + 0 w + t Q τ w t Q τ t Q τ 0 0 τ p q τ C (( t) + ( ) ) C O() C C 0a w tc(( t) + ( ) )( Q ) 9 + p q 0 0 Q < K 0 K > 0 t K Kt () w p q ( + ) tkc(( t) + ( ) ) O(( t) + ( ) ) + p q (( ) p q O t + ( ) ) 0 t 0, t 0 (( + ) t t) li + w 0 0, t 0 0, t 0 48
49 0 Q < K K t K Kt () e t 0, t 0 (( + ) t t) + + e 0, t 0 0, t 0 + tl ( ) Q 0 0, t0 li w li + 0 K K() t > 0, t 0 t ( + ) t t t0 + K tl ( ) + Q 0 t K K() t > 0, t 0 t ( + ) t 0, t t 0 Q + K La 适 定, 线 性 稳 定 性 收 敛 性 初 值, 相 容 [0, t] 49
50 + Q Q 0 v ε v ε Q( + ε ) 06 Q 6 5 ε + Q( ε ) 07 7 ε + K 0 ε 8 K La 4 + Q 0, t 0 t ( + ) t t t0 Q + K Q FTCS σ + ( σ) + σ k,,..., M + k k+ k k 0 M 0 50
51 + Q 0 M σ σ σ σ σ σ σ σ Q σ σ σ σ σ M M ( ) ( ) Q + Q b + Q b Q Q b Q b b Q + 4 K FTCS Q Q ρ a λ λ Q k M Q ρ A M b c a b c [ A] a b c a b ( M ) ( M ) λ b+ c a/ c cos (,,, M ) π A ( ) Q ( ) M λ σ + σ cos π σ ( cos ) σ si σ 4 si M π M π M π M ρ M λ k k 5
52 4σ si π M γ t 0 σ 0 FTCS Vo Nea Vo Nea. [0, L] M L / M M ( 0,,, M ) + α M 9 α 0 M {,,, } 0 M T + Q 0 Q c 0 + s s s + s + Q ( c E ) Q s c E s : s E 0 M s ( s 0) E ( s> 0) s M s 5
53 . Forier Forier Forier Forier Forier Forier Forier π si λ λ si ( ) si π π + αλ α λ λ k si k π [0, L] λ λ a L M λ i λ,4,, M π M π M π M k,, L L 4 L M M π k,,,, M / L [0, L] M / π k,,,, M / Forier L Forier M / ( ) M / ik Ae 3a M / M / A e ik 3b 53
54 A ( A k w e ) k i M /,, M / 3 M /,, 0 3 β ik β β e e ik β A β A β 5 Forier T M /,, M / w ( w0, w, w ) w k i e M v, M v M 0 v v M α β α, M 0 w w ww β, α w β α w β 4 0 otherwise 3 A A w,, w 5 E w e w ik E w e w ik α kα, E w e i w ik 3Parseval, Ae M / M / 54
55 ( A ) 6 6 Parseval 3. Vo Nea Forier Forier M / M / + ik s ik A e c E s Ae M / M / M / M / M / s M / ( ) ik iks c A e e iks A ( c e ) e + + s s ik i k s ( A ) ( A c e ), k s G c e i s + + i k s A A cse A 7 ( ) ( ) ( ) + 0 K, k s G cse i Vo Nea 4. Vo Nea 7, + ( k s A A cse i ) 8 55
56 A G c G G + ks se i A +, G, A + A + + A A ( ) ( ) Forier A e 9 0 ik 9 + ik ik s s + A e c A e G A + ks c e i s A G G A + ks c se i A G, 5. GKS Vo Nea Vo Nea 56
57 . γ FTCS σ + ( σ) + σ + k k+ k k γ t σ kk k A e i A e σae + ( σ) Ae + σae + ikk ikk+ ikk ikk A G σe + ( σ) + σae A + ( σ) + σ cosk k 4σ si ik ik 0 σ. + a 0 La-Wedroff + a t a t + + ( + ) ( + ) a c t + c c ( + ) + ( + + ) β k ( β ) G c cos i c siβ 57
58 ( β ) G c + c cos si + β c c ( cos ) ( ) β G + ( cos β ) c ( c ) c Vo-Nea c 3. + a v FTCS a v t t t ( ) ( ) G + σ cosk icsik + σ cosβ icsiβ v t a t σ, c, β k G ( σ) + c + 4 σ( σ)cos β + (4 σ c )cos β β G β σ,c G β σ σ β σ c β β 4 ( )si (4 )cos si 0 G σ σ β 0, ± π,arccos( ) ( ) 4 c σ 58
59 β 0 G β ± π G ( 4 σ) 0 σ cos β 4σ c 0 σ ( σ ) 4 c σ σ( σ) 0 σ cos β 0 4σ c G ( σ) + c + 4 σ( σ) + (4 σ c ) c σ 4σ c < 0 a σ σ ( ) 4 c σ c σ( σ) σ σ β arccos( ) 4σ c 4σ c ( σ) β 0, π σ σ < 4 c 0 ( σ) 4σ c 0 σ c c σ( σ) c σ ( σ ) σ, σ b 4 σ < cos β σ c 4σ c G ( σ ) + c + 4 σ( σ)cos β + (4 σ c )cos β FTCS c c c σ σ c σ 4. w a o w b o 59
60 c a t c b t La-Wedroff c cc + + w w c cc w + w + + w w + w + + ik ik + A + e w + A + e A w [ ] A A w A + si β c c A c siβ + i A w A + si si β ic β A + c c A w w + A G A si β cc ic siβ G ic si c c si β β ρ G G ( ) G c c si ic si β β λ ic c c si β 0 si β λ si β λ cc i cc si, β + β λ ( cc si ) + cc si β ( cc 4 ) β 4cc si c c λ 60
61 5. Bergers + v FTCS v t t t a v t t t c a σ 3. c, σ a 5 + a CFL. 6
62 9 )Eler Eler a 0 t ik A e Ak, + ik ik ik + ik A e Ae Ae Ae + a 0 t + a t A A ( i si( k )) + A a t G + > A ( si( k )) Eler Eler a 0 t 3 ik A e Ak, + ik ik + ik + + ik A e A e A e A e + a 0 t + a t A (+ i si( k )) A + A G A a t + ( si( k )) L. TE.. O(( ) + ( t)) 6
63 3) LeapFrog a 0 4 t 0, A e 4 ik + ik ik ik + ik A e A e Ae Ae + a 0 t + A A a t + si( i k ) 0 A A + A G A G A A a t + si( i k ) G 0 a t a t G i si( k ) ± ( si( k )) a t if ( si k G a t a t ( ( si( k )) si( k )) otherwise ( )) 0 a t c a c t CFL a 0 t + + a 0 t 5a 5b 63
64 a t aa > 0 5a a < 0 5a c a t ba > 0 5b c a < 0 5b a < 0 5a a > 0 5b Upwid Scheea < 0 5b a > 0 5a Dowwid Schee a 0 t (, ) ( at) > b 5a 5b 5b a < 0. + a o at c cost a > O t t P, + (,( + ) t) ( a t, t) 6 O P P P ABC i) BC 64
65 t c a ( ) C B P B + a t + + ( c) + c + ( a t) + + a 0 7 t L. TE.. O(( ) + ( t)) 0 c a > 0 ii) B,D, D B P B + ( a t) + c ( + + ) ( + ) + ( ) a 0 8 t La LaFriedrichs La L. TE.. O(( ) + ( t)) c iii) A.B.C. ( ) a + a + a o ( ), ( ), ( ) A A B B C C a, a,a P ( ) a + a + a 0 o C A A + C B P B + a t + a t ( ) ( ) 65
66 + c c ( ) + ( + ) 9 + ( ) a t + a ( + ) t Warig Bea Warig Bea L TE O t... (( ) + ( ) ) a > 0 0 c iv) BCD ( ) a + a + a o ( B) B, ( C) C, ( D) D a, a,a P ( ) a + a + a 0 D B B + D C P B + ( a t) + ( a t o ) + c c ( + ) + ( + + ) 0 + ( + ) a t + a ( + + ) t La Wedroff La Wedroff L. TE.. O(( ) + ( t) ) c a > 0 WarigBea a a 3 P P P a > 0 CD P CoratFriedrichsLew CFL La
67 + O t t P O + t ( + ) t + 0 c Warig Bea 0 c CFL Eler c 3. Talor t) t+ tt) ( t) + O(( t) )! t a ( ) ( a) a ( ) a tt t t t t + 3 a( ) t+ a ( ) ( t) + O(( t) )! LaWedroff CachKowalewski c c + + ( + ) ( + ) ( + ) a ( + ) + a t + + t + LaWedroff a > 0 67
68 + c c ( 3 4 ) ( ) ( ) t a ( ) + a + + t a < 0 c c ( ) ( + + ) ( ) a ( + + ) + a t + + t a b WarigBea + a b + Talor t) t+ tt) ( t) + O(( t) )! ) + t t ) + tt ) t+ ttt ) ( t) + O(( t) 3 ) t) + t t) + t O(( t) 3 ) + a t + 3 [ ) + ) ] + O(( t) ) ), ) + CrakNicolso 4. MacCorack LaWedroff c c + [ ( + ) + ( ) ] c c + [ ( + ) + ( ) ] c [ + ( c ) ( c )] ( )( ) + c c 68
69 + ( c ) + ( ) + + c MacCorack MacCorack c (3a) + + [ c ] 3b MacCorack c + + [ c ] MacCorack LaWedroff MacCorack WarigBea a > 0 MacCorack WarigBea + c + + [ c ] [ + ( c ) c ( c ) ] [ + ( c )( c ) c ], WarigBea + c 4a + c [ c ] 4b WarigBea + c [ c + + ] [ c( + ) c ( c )] + c 5a 69
70 c( + ) c 5b WarigBea 3RgeKtta + Talor t ) t+ tt ) ( t) + ttt ) ( t) + tttt ) ( t) + O(( t)! 3! 4! ( + t ( + t ( + t ( + t )) )) 3 4 () t + 4 () t () (3) t () + + t ( 3) + + a o a, 7 ( k) ( k) a ( k,,3) 6 () t a 4 () t () a 3 8 (3) t () a + t ( 3) a 4 5 ) 8 RgeKtta RgeKtta RgeKtta RgeKtta 70
71 7 6 RgeKtta 6 + P (,, ) P (,, ) 00 ( k ) P P ( k ) 0 ( k,,3, 对 于 非 线 性 问 题 近 似 成 立 ) () t P 4 () t () P 3 (3) t () P + t ( 3) P a o Jaeso + a o + P 0 3 tp c ( ) + cµ ( )4 4 3 µ (3) + a µ ( ) 4 + a o µ ( )
72 Jaeso Jaeso Jaeso 3 Ae ik 3 A t ZA 5 Z c [4 µ ( cos β) + i si β], ( β k ) A A + ZA 4 () A A + ZA 3 () () (3) A + A + ZA () A + Z( A + ZA ) () A + Z[ A + Z( A + ZA )] 3 A + Z{ A + Z[ A + Z( A + ZA )]} 3 4 A A + + Z{ + Z[ + Z( + ZA )]} Z 4 + Z + Z + Z + 6 Jaeso c 7
73 t A A3 A A4 a b a o [, ] M M+ a b 0 a,, k k,, M b 3 a > 0 0 a 0 a ( ) 0 fa t M b M M M M M M M La-Wedroff + a o M- a < 0 γ( ) ( γ > 0) 73
74 . FTCS BTCS CTCS + t ( ) + k k k+ k k γ BTCSFTCS + k t k γ [ θ( k+ k + k ) + ( θ)( k+ k + k )] ( ) 6 0 θ θ CrakNicolso θ. [, ] M M+ 0,, k,, a k M a b b Dirichlet Nea 0 b 0 b b ( ) ( ) a + a 0 + a 74
75 ( 0 ) b, ( ), ( ) a, a, a b a b γ ( ) 30 t, t NS a + b γ ( ) + [, ] [, ] M M a b c d b a d ( i, ) ( i, ) i 0,,, M; 0,,, M, M M c t t t i (,, t) i,
76 FTCS 30 + i, i, i+, i, i, + i, i+, i, + i, i, + i, + i, + a + b γ ( ) t ( ) ( ) + i, i, δi, δi, δi, δi, + a + b γ ( + ) t ( ) ( ) L. TE.. O(( ),( ), t) + i, i, i, i, i, i, δi, δ + + i, + a + a + b + b γ ( + ) t ( ) ( ) + a+ a a a + b+ b b b a, a, b, b L. TE.. O(,, t) 3 a a b b t i, i, + ( + ) i, + ( ) i, + ( + ) i, + ( ) i, δi, δi, γ ( + ) ( ) ( ) L. TE.. O(( ),( ), t) 4CrakNicolso CrakNicolso + i, i, t a b + ( δ + δ ) + ( δ + δ i, i, i, i, + + γ δi, δi, δi, δi, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) )3 RgeKtta 76
77 . Crak-Nicolso c c σ σ 4 4 c c σ σ ( + δ + δ δ δ) i, c ( δ δ δ δ) i, a t, b t γ c, t γ σ, σ t ( ) ( ) A ,0,0 M,0 0,, M, 0, M, M, b 33 T (,,,,,,,,,,, M M ) A Gass 3 ADI Alteratig Directio Iplicit ADI AF Approiate Factorizatio ADI AF 3 AF c c σ σ + ( + δ + δ δ δ) i, 4 4 c σ c σ + ( + δ δ)( + δ δ) i, 4 4 cc cσ cσ σ σ + ( δδ + δδ + δδ δδ ) c c σ σ + ( + δ δ)( + δ δ) i, + O(( t) ) i, O(( t) ) 3 77
78 c σ c σ 4 4 c c σ σ ( + δ δ)( + δ δ) i, ( δ δ δ δ) i, c σ c c σ σ ) ( + δ δ ) ( δ δ + δ + δ ) ) ( * i, i, c σ + * + δ δ) i, i, 4 35 CrakNicolso 3 c c σ σ δ δ δ δ 4 4 c σ c σ ( δ + δ)( δ + δ) i, 4 4 cc cσ cσ σ σ + δδ + δδ + δδ δδ ( + + ) i, ( ) i, c σ c c σ + σ δ δ δ δ i, δ δ δ δ i, c σ ( + + ) ( + + ) c σ c σ c c σ ( )( ) + σ + δ δ + δ δ ( δ + δ )( δ + δ ) cc cσ c σ σ σ + + ( δδ + δδ + δδ δδ )( i, i, ) c σ c σ c c σ ( )( ) + σ + δ δ + δ δ ( δ + δ )( δ + δ ) O(( t) ) i, i, i, i, 3 O(( t) ) c σ c σ 4 4 c σ c σ ( + δ δ)( + δ δ) i, ( δ δ)( δ δ) i, 78
79 ) c σ c σ c σ ( + δ δ ) ( δ + δ )( δ + δ ) ) c σ + * ( + δ δ) i, i, 4 * i, i, * AF 3536 i, * i 0 i M i, * * i 0 i, c * σ + i, ( + δ δ) i, 4 i, c * σ + 0, ( + δ δ) 0, , 37 (, i ) (0,0) ( i, ) (0, M ) 37 * i, 37 b + 0, 0,, * b 0, i, c σ ( + δ δ )( 4 * 0, 0, 0, 39 0 ) 38 * i, * 0, 0, 79
80 3. Forier, a b γ ( ) i, i, δi, δi, δi, δi, γ[( θ)( + ) + θ( + )] t ( ) ( ) ( ) ( ) i, A e i( k i+ k ) A G A k k + k k + 4 θσ [ si ( ) + σ si ( )] + 4( θ)[ σsi ( ) σ si ( )] k k B σsi ( ) + σ si ( ) 4( θ ) B G + 4θ B θ θ +Θ,0 Θ + 4BΘ B G + 4B Θ+ B + 4BΘ B G + 4B Θ+ B + 4BΘ B + 4BΘ+ B + 4BΘ+ B + 4BΘ+ B G θ θ < θ Θ,0<Θ 4BΘ B G 4B Θ+ B 4BΘ B G 4B Θ+ B 80
81 4BΘ 0 G 4BΘ< 0 G > θ 0 B 4Θ ( θ ) σ + σ ( θ ) γ t( + ) θ ( ) ( ) ( ) FTCS FTCS γ t( + ) ( ) ( ) ( t ) 4γ FTCS 6 + a 0 + a 0 Gass + a 0 f + 0 f a [, ] d + f f 0 f f( ( )), f f( ( )) 8
82 b a [ a, b] M M /, 0,, M + / M+ / a b + + / / ] [, / + / / 3/ -/ +/ M+/ t t t + / d + f + / f / 0 3 / f a, f a 3 [ t, t + ] / / + / + / + / t t + ( ) + + / / / t + t d + f dt f dt / / + + ( ) ( ) ( ( d + O t t t 3 ) ) f dt, f dt t t + / / t 8
83 t+ t t+ t f dt tfˆ + O(( t) ) + / + / ˆ / / + (( ) ) f dt tf O t f a, f a + / + / / / 6a 6b a > 0 + O( ), + O( ) 7 + / / a 0 t 8 ± / O(( ) ), O(( ) ) 8 + / / ( ) + + a 0 9 t + ± ˆ (( ) ) t+ f + /dt tf + / + O t t ˆ (( ) ) t + f /dt tf / + O t t 0a + / + / f a +, f a 0b + / / / / / / / + / + / + + / + / + / + + a 0 t/ / 83
84 + / + / a t a / + + / a t b ( ) + + a t + a ( + + ) t LaWedroff f + / f / + a 0 + t 3 + / ( ) d ( ) + O( t( ) ) 5 / + / ( + ) d / / / d f + / f / t 4 5a 84
85 t+ f + / t + t f + /dt, f / f /dt t t 5b t 5b f f [ t, t ] 5 + / + / + t + f + / f( + /( t)) dt t t [ t, t ] () + + / t 5 t t + /(), k,,, M t ( ) k Recostrctio t ( ) [ t, t + ] t () + / t+ f + / f( /( t)) dt t + t. ( ), ( ) [, cost / ] / + 4, ( ) 6 [ /, + /], ( ) ( ) [, ] + D( ) 4 / + / + / [ + D( )] d /, ( ) + D ( ) [ /, + / ] 7 85
86 D D ( ) [, ] + D( ) / + / / [ + D( )] d 3/ D D 8 ( ) + D ( ) + + [ /, + / ] D + 9 ENO/WENO t+ f + / f( /( t)) dt t t + ( ) t+ f + / f( + /( t)) dt t t 0 a > 0 () t ( a( t t )) 0 + / + / () t ( a( t t )) + / + / f f t dt a t t + + / ( /( )) t + t+ f / f( / ( )) t t dt a t 86
87 5a + + a 0 t 0 () t ( a( t t )) + / + /, ( ) + D ( ) [ /, + / ] + /() t + D( + / a( t t) ) + D( a( t t)) t+ a f + / f( /( t)) dt a( D ) D t t t + + t + a f / f( / ( t)) dt a( + D ) D t t t 5a a + ( D ) ( D ) t( D D + + a ) + 3 t D + D ( ) a t t + + a ( + ) a t t ( + + ) + + a + ( + ) WarigBea LaWedroff Eler Riea 87
88 d c b a, c b a d c d dc 88
89 η ξ ( ξ, η) η η η η a ηi < η cost < ηa ξ cost ξ ξ ξ ξ i a i ξ a i ξ cost O ξ ξ i a ( ξ, η) 3, 4, 5 H 89
90 O 3 H 4 O 3C 5 C 4 90
91 Y X Y X Z Z Y X Z 5 9
92 6 9
93 ( ξ, η) CFD ( ξ, η) (, ) ξ ξ (, ) η η(, ) ( ξ, η) ξ cost η cost,4 O ) ξ η ξ i η i, ξ η M +, M + ( ξ, η) ξ ξ + i ξ, i 0,,, M i i η η + η, 0,,, M i 93
94 ξ ξ + M ξ, η η + M η ( ξ, η) a i a i ) 3 η η i η η a ξi ξ a 4) ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i i i,0 i,0 ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i a i, M i, M ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) i 0, 0, ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) a M, M, 3 (, )( i 0,,, M ) i,0 i,0 (,, im im, )( i 0,,, M ) ( 0,, 0, ) ( M, M )( 0,,, M ),, (, ) ( 0, 0, M, i, i,, )( 0,,, M ) M, (, )( i,, M,,, M ) 5) ( ξ, η ) (, )( i,, M,,, M ) 4 i i, i, 3 34 ( ξ, η) ( ξ, η) 5 34 ( ξ, η) 94
95 5 (, ) ( ξη, ) ξ ξ(, ) η η(, ) ( ξ, η) ( ξ, η) φ φ φ ξ + η 3 ξ η φ φ φ ξ + η 4 ξ η ξ + φ φ φ ( η) ξ η φ φ φ φ ξ + η + ξ ( ) + η ( ) ξ η ξ η φ φ φ φ φ φ ξ + η + ξ[ ξ ] [ ξ + η + η + η ] ξ η ξ ξ η ξ η η φ φ φ φ φ ξ + η + ξ + ξ η + η ξ η ξ ξ η η ( ) ( ) φ φ φ φ φ φ ξ η ξ ξ η η ξ ( ) η + ( η ) + η + ξ + ξ φ φ φ φ φ φ ξ η ξ ( ξ η ) η ξ ξη η ξ η ξ ξ η η Laplace φ φ + 0 Laplace 95
96 φ φ φ [( ξ ) ( ) ] [ ] [( ) ( ) ] + ξ + ξη + ξη + η + η ξ ξ η η φ φ + ( ξ + ξ ) + ( η + η ) 0 ξ η 5 ξ, ξ, η, η etrics 5 ξ, ξ, ξ, η, η, η ξ, ξ, η, η ξ ξ ξ P ξ η ξ P Q ξ ξ ) P ξq ξp Q P Q, ξ Q Q ξ, η, ξ, η 96
97 ) ξ i, ) η i, ) ξ i, ) η i, i+, i, ξ i, + i, η i+, i, ξ i, + i, η 6 ξ, ξ, η, η,,, ξ η ξ η, ξ ξ, η, η dξ ξd+ ξd dη η d+ η d dξ ξ ξ d dη η η d 7 d ξ η dξ d ξ η dη 8 78 Jacobi ξ ξ ξ η η η ξ η 9 ξ ξ η η η η J ξ 0 ξ ξ η ξ ξ J ξη ηξ () η η ξ Jacobi acobia η 97
98 ξ η J η J ξ J η ξ J ξ η 6 ξ, ξ, η, η ξ, ξ, ξ, η, η, η ξξ ξξ + ξξ ξ ξ + ξ 0 3 η η η 3 ξ η J ξ η J 3 ξ, η ( ξ + ξ ) ( ξ ) + ( ξ ) + ξ + ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξξ ( ξ + ξ ) + ( ξ + ξ ) + ξ + ξ ξ ( ) + ξ + ξ ( ) + ξ + ξ 0 ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξξ ( ξ + ξ ) ( ξ ) + ( ξ ) + ξ + ξ ξ ξ η η ξ η ξ ξη ξη ( ξ + ξ ) + ( ξ + ξ ) + ξ ξ + ξ ( + ) + ξ + ξ + ξ 0 ( ξ + ξ ) ( ξ ) + ( ξ ) + ξ + ξ ( ξ + ξ ) + ( ξ + ξ ) + ξ + ξ ξ + ξ ( + ) + ξ + ξ + ξ 0 ( ξ + ξ ) ( ξ ) ξ η ξ η η ξ ξ η ξη η η ξ ξ η ξ η ξη ξη η η η η η ξ η η ξ ξη + ξ ξ ξ η ξ ξ η ξη ξη ξ η ξ η η ξ ξ η ξη + ( ξ ) + ξ + ξ ( ξ + ξ ) + ( ξ + ξ ) + ξ + ξ ξ ( ) + ξ + ξ ( ) + ξ + ξ 0 η η η η ηη ηη η η η η η η ηη ηη η η η η ηη ηη ξη ξη ξη 98
99 ( ) ( ) ξ ξ ξξ + ξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξη ( ξη + ηξ) ξη ξ ξ ξη + ξ ξη 4 ( η) ηη ( η) ξ ξηη + ξ ηη ξ ( ) ( ) ξξξ + ξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξ ξη ( ξη + ηξ) ξη ξ ξη + ξ ξη ξ ( ) ( ) η η η η ξ ηη + ξ ηη ξ J( ) ( ) η J J ξ ξξ + ξ ξ η ξ ξξ ξ J J ( ) J η η ξ η η ξ ξ ξ ξη ξη J[( ξη) ( ηξ) ] + ξ + ξ ξ + J( ) J J( ) η ξ η ξ ξηη + ξ ηη 5 η J( ) ( ) η J J η ξξ + η ξ η ξ ξξ η J J ( ) J η η ξ η η ξ ξ ξ ξη ξη J[( ξη) ( ηξ) ] + η + η η + J( ) J J( ) η ξ η ξ η ηη + η ηη 6 56 ξ, ξ, ξ, η, η, η NavierStokes U ( F F) ( G G) U ( F F) ( ) ( ) ( ) ξ G G ξ F F η G G η 0 8 ξ ξ η η 8 ( ξη, ) NavierStokes 8 Jacobia J U ( ) ( ) ( ) ( ) J J F F ξ J G G ξ J F F η J G G η 0 ξ ξ η η 99
100 U ( JU) J ( F F) ( G G) J ξ + J ξ { J[( F F) ξ + ( G G) ξ]} ξ ξ ξ ( F F) ( Jξ) ( G G) ( Jξ ) ξ ξ ( F F) ( G G) J η + J η { J[( F F) η + ( G G) η]} η η η ( F F) ( Jη) ( G G) ( Jη ), η η ( JU) + { J[( F F) ξ + ( G G) ξ]} + { J[( F F) η + ( G G) η]} ξ η 9 ( F F)[ ( Jξ) + ( Jη)] ( G G)[ ( Jξ) + ( Jη)] 0 ξ η ξ η [ ( Jξ) + ( Jη)] ( η) + ( ξ) 0 ξ η ξ η [ ( Jξ) + ( Jη)] ( η) + ( ξ) 0 ξ η ξ η 9 ( JU) + { J[( F F) ξ + ( G G) ξ]} + { J[( F F) η + ( G G) η]} 00 ξ η 0 ( ξη, ) NavierStokes ( U ) ( + F F ) + ( G G ) 0 ξ η U JU F J[ Fξ + Gξ ] G J[ Fη + Gη ] F J[ Fξ + Gξ ] G J[ Fη + Gη ] 00
101 3 ) ξ η ξ i η i, ( ξ, η) ξ ξ + i ξ, i 0,,, M i i η η + η, 0,,, M i ξ η M +, M + ξ ξ + M ξ, η η + M η ( ξ, η) a i a i ) 3 4) ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i i i,0 i,0 ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i a i, M i, M ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) i 0, 0, ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) a M, M, 5) (, ) i, i, ( i,, M,,, M ) ( ξ, η ) (, )( i,, M,,, M ) i i, i, ξ ξ(, ) η η(, ) ( ξ, η) ( ξ, η) 0
102 0, 4, ( ), ( ).5,.5 ( ) 0.5 ( ) ξ η ( ) ( ) ( ) 3 ξ ξ 0 i ξ ξa 4 η η ( ) i η η ( ) a ξ 4, ξ 0, η, η 0 ξ, η M +, M + a i a i ( ξ, η) 3 ξ ξ + i ξ, i 0,,, M i i η η + η, 0,,, M i ξ ξ η η ξ, η M M a i a i i, ξi 5 ( ) + η ( ( ) ( )) i, i, i, i, 4 0
103 ( ) ξ αη e ( ) α e ( ) ( ) 6 α 3. 03
104 α α α 3 α ( ) 6 Fortra progra g diesio (30,30),(30,30) 04
105 ξ i i 4. ξ a alf3. α a do i,+ do,+ (i,)+float(i-)/float()*(-) ξ +float(i-)/float()*(-) i ed do ed do do i,+ do,+ si((i, ))*0. ( ).+ep(-(i,)) ( ) c tfloat(-)/float()*alf η float(-)/float() (i,)+(ep(t)-.)*(-)/(ep(alf)-.) ed do ed do ope(,file'grid.dat') otpt i Tecplot forat write(,*) 'TITLE"grid"' write(,*) 'VARIABLES""," "' write(,*) 'ZONE I',+,' J', +,' FPOINT' do,+ do i,+ (i, ) (i,) write(,'(e5.6)'), ed do ed do close() stop ed
106 90 Z + i ς ξ + iη ς ς ( Z) (, ) ( ξη, ) ξ, η, ( ξη, ) (, ) ς ς ( Z) CachRiea ξ η ξ η, 7 7 ξ ξ η η + 0 Laplace (, ) ( ξη, ) 06
107 8 (, ) α ξξ βξη + γη η 0 9 α β + γ 0 ξξ ξη ηη α ( ) + ( ) η η β + ξ η ξ η γ ( ) + ( ) ξ ξ 0 ( ξη, ) 9, ξ η, i i, i, (, )( i 0,,, M ) i,0 i,0 (, )( i 0,,, M ) im, im, (, )( 0,,, M ) 0, 0, (, )( 0,,, M M, M, 9 9 α, βγ, ) β, γ i, i, α i, i, + i, i, + i, + η η 9 α + i+, i, i, i, ( ) β ξ ξ + i+, + i+, i, + i, i, ( ) ξ η + + γ η η i, + i, i, i, ( ) 0 a 07
108 α + i+, i, i, i, ( ) β ξ ξ + i+, + i+, i, + i, i, ( ) ξ η + + γ η η i, + i, i, i, ( ) 0 b b + b + b + b + c p i, w i, e i+, s i, i, + p b b + b + b + b + c p i, w i, e i+, s i, i, + p α b i, i, b w b e, b s b, b p b + w b + e bs + b ξ ξ γ η η c c p p β β + i+, + i+, i, + i, i, ( ) ξ η + i+, + i+, i, + i, i, ( ) ξ η, i, i, 0, 0 (0) (0) i, i, i,, M,, M, i, i, ( b + b + b + b + c )/ b () (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) i, w i, e i+, s i, i, + p p ( b + b + b + b + c )/ b () (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) (0) i, w i, e i+, s i, i, + p p i,, M,,, M k+ k k k k k k k k k ( b + b + b + b + c )/ b ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( k) i, w i, e i+, s i, i, + p p ( b + b + b + b + c )/ b ( k+ ) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) ( k) i, w i, e i+, s i, i, + p p i,, M,,, M ( k ), ( k ) ( k+ ) ( k) ( k+ ) ( k), k a(, ) ε i, i, i, i, ε 08
109 8 9 8 Poissio ξ ξ + P(, ) η η + Q (, ) P, Q Eler Eler Eler Eler Eler ( U ) ( + F) + ( G ) 0 ξ η 09
110 U JU F J[ Fξ + Gξ ] G J[ Fη + Gη ] ρ ρ ρv ρ U ρ + p ρv F G ρv ρv ρv + p ρe ( ρe + p ) ( ρe + pv ) ( U ) + Aˆ ( U ) + Bˆ ( U ) 03 ξ η ˆ ˆ F F G A ξ + ξ ξa+ ξb Uˆ U U 4 ˆ Bˆ G F G η + η ηa+ ηb Uˆ U U ς ξ η AB ˆ, ˆ 0 ς ς 0 ςφ ( ) ( ) ( ) ˆ θ ς γ θ ς ς γ v ς γ C + ςφ θ ςv ς ( γ ) ς ( γ) v + θ ς ( γ ) ( φ γe) θ ς( γe φ) ( γ ) θ ς ( γe φ) ( γ ) vθ γθ γ γ.4 φ θ γ ( φ + v ), θ ς+ ς v 5 ς ξ C Â ς η C ˆB, ξ η ς ξ C A ξ, η ς η C B V i+ v p ρ 0
111 η ξ ξ η C. 5-0 ξ, η Mξ, M η ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i a i, Mη i, Mη ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) i 0, 0, ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) a Mξ, Mξ, i i i,0 i,0 c ξ c η ξ η ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ; i M M +,, M ) ( ξ, η ) (, )( i M, M +,, M M ) i i i,0 i,0 c c ξ c M c ( ξ, η) (, ) ( ξ, η ) (, (, i ) i i, i, ) t t t (, t ) U i, i,, ˆ i, ξ
112 Eler LaWedroff MacCorack LaWedroff ˆ i, ˆ i, + U U O(( t) ) U + U U, Ui, + t + i Eler i, i, ( t) ( U ) [ F + G ] ξ η
113 ( U ) F G {[ + ]} ξ η F G [ ( ) + ( )] ξ η F U G U [ ( ) + ( )] ξ U η U { [ Aˆ F G ( )] [ Bˆ F G + + ( + ) ]} ξ ξ η η ξ η F G ˆ F G ˆ F G ( t) Ui, Ui, + t+ [ A( + )] + [ B( + )] 4 ξ η ξ ξ η η ξ η i, i, i, i, i+, i, i, + i, F G δ ξf δηg F F G G ξ η ξ η ξ η i, 5 ˆ F G ˆ F G [ A( + )] + [ B( + )] ξ ξ η η ξ η i, [ F G /, ( ) F G /, /, ( ) Ai+ + i+ Ai + i /, ]+ ξ ξ η ξ η [ F G, / ( ) F G, /, / ( ) Bi + + i + Bi + i, / ] η ξ η ξ η Fi+, Fi, Gi+ /, + / Gi+ /, / [ Ai+ /, ( + ) ξ ξ η Fi, Fi, Gi /, + / Gi /, / Ai /, ( + )] + ξ η 6 Fi+ /, + / Fi /, + / Gi, + Gi, [ Bi, + / ( + ) η ξ η B F + /, ( F + G G ξ η i, / i / i /, / i, i, )] LaWedroff 3
114 U F F G G Ui ( + ) t + ξ η + i+, i, i, + i, i,, Fi+, Fi, Gi+ /, + / Gi+ /, / { [ Ai+ /, ( + ) ξ ξ η A i F [ Bi, + / ( η B F, F, G /, + / G /, / ( + )] + ξ η i i i i /, F G G + ) ξ η i+ /, + / i /, + / i, + i, F + /, / F /, / G, G, ( t) ( + )]} ξ η i i i i i, / 7 Eler LaWedroff Jacobia ) ξ i, ) η i, ) ξ i, ) η i, i+, i, ξ i, + i, η i+, i, ξ i, + i, η, ξ ξ, η, η Jacobia W ( ρ, vp,, ) T, Ui U J i, Ui, Wi, Fi,, Gi, i, ( ξ, ξ, η, η, J ) i, F, i, G i, 3 LaWedroff ( i± /, ± /) 4
115 F i+ /, + / ( Fi, + Fi+, + Fi, + + F i+, + ) 4 4 Jacobi ( i± /, ),(, i ± /) Jacobi A i+ /, ( Ai, + A i+, ) A A( U, g ) i+ /, i+ /, i+ /, U i+ /, ( Ui, + Ui+, ) gi+ /, ( gi, + gi, ) g ( ξ, ξ, η, η, J ) T LaWedroff MacCorack MacCorack LaWedroff Eler MacCorack LaWedroff + F G F G ( t) Ui, Ui, + t [ ( ) + ( )] 8 ξ η ξ η i, i, F G + ξ η i, F G F G F G ξ η ξ η ξ η 8 i, i, i, 9 5
116 + F G Ui, Ui, + t ξ η i, [ ( F t ) ( G F+ + G+ t )] t ξ η + F + G Fi, F+ t, Gi, G+ t 0 i, i, i, F G F G Ui, Ui, + t + t ξ η ξ η i, i, + F U Fi, F+ t F U+ t i, i, + G U Gi, G+ t G U+ t i, i, 3 3 4b + U F G Ui, Ui, + t Ui, + t 4a ξ η i, i, F G Ui, [ Ui, + Ui, + t ] 4b ξ η i, F i, F( Ui, ), Gi, G( U i, )
117 δ ξfi, δηgi, + ξ η ξfi, ηgi, ξfi, ηgi, ( + ) + ( + ξ η ξ η ) ξfi, ηgi, ξfi, ηgi, ( + ) + ( + ) ξ η ξ η ξfi, ηgi, ξfi, ηgi, ( + ) + ( + ) ξ η ξ η ξfi, ηgi, ξf, ( + ) + ( ξ η ξ i η Gi, + ) η 9 F ξ G F G η ξ η + i, i, ξf ηg Ui, Ui, + t 6a ξ η i, i, i, [ i, i, F G U U + U + t ] 6b ξ η 6 MacCorack Eler MacCorack LaWedroff MacCorack LaWedroff MacCorack Jacobi La Wedroff MacCorack Eler LaWedroff MacCorack 7
118 ( λ λ t ) i, CFLa + λ i, a i, a i, a i, i, i, a i, i 7 + a, λ v + a, CFL a CFL LaWedroff MacCorack CFL CFL a t CFL ( ξ η ) i, a λi, + λ a i, 8 a λ ξ + ξ v + ( a ξ ), λ η + η v + ( a η ), ξ η i, a i, i, i, a i, i a CFL CFL a λ λ ti, CFL( + ) t CFL i, a i, a 9 ( ξ η ) i, λi, + λ a i, 0 a t + i[ ( ξ η ) CFL λ ] i, λ a i, i, a 0 3 Eler 8
119 η cost ξ Eler η ( U ) + ( G ) 0 η Eler ( U ) ˆ + B ( U ) 0 η () λ η + η v a η 3 4 λ λ η + η v λ η + η v+ a η 3 a η cost η ηi+ η η η η 3 λ ( V a) η 3 λ ( V + a) η 4 λ λ V η 4 V ( i+ v) iη cost Riea dη a λ : V cost(5a) dt γ dη p λ : cost γ dt (5b) ρ dη λ3 : Vt cost (5c) dt d η a λ 4 : V + cost dt γ (5a) V ( i+ v) i ( i ) ( i t ) 9
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121 d dt a cost η λ : V γ d dt p cost 8 η λ : ρ γ dη λ : 3 Vt cost dt 6 W ( ρ, vp,, ) T W i,0 * W W * i,0 i, W W W i * i,0 i,, * * W i,0 W i,0 8 W i,0 V * i,0 * i,0 ) i,0 V) i,0 p * i,0 i,0 γ * γ i,0 ρ i,0 * t i,0 t i,0 a a γ γ ( ρ ) ( ) V ) V ) p 9a 9 * 6 V ) 09b i,0 9 ( ) v ( ) * * i,0 i,0 i,0 v ( ) + v ( ) * * i,0 i,0 i,0
122 ρ p * * a γ i,0 * γ ( γ ) [ V ) i,0 ] ( ρ i,0) γ i,0 * 4γ p i,0 p ( ρ ) * γ i,0 i,0 i,0 * γ ( ρ i,0) PradtlMeer ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ) i a i, Mη i, Mη ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) i 0, 0, ( ξ, η ) (, )( 0,,, M ) a Mξ, Mξ, η η a η ξ η (, im η ) η (, im η ) (, im η ) ξ (, im η ) η, * W W, im η im, η W W
123 W im, η W im, η W W ) V < 0, V W η a λ ( V a) η < 0 λ λ V η < 0 3 λ ( V + a) η 0 4 W a im, η W λ ( V a) η < 0 λ ( V + a) η > 0, W im, ) V < 0, V < 3 4 λ λ V η < 0 λ 4 CFD W W imη, W im, η λ, λ, λ 3 * W im, η λ 4 V aim, η a V γ γ pim, η p γ ( ρ ) ( ρ ) V ) i, Mη V ) im, η V t i, Mη t γ a a * im, η * im, η ) i, M + V) η i, M + η γ γ W im, η 3) V 0, V >a 3
124 λ ( V a) η > 0 λ λ V η > 0 3 λ ( V + a) η > 0 4 W W * im, η im, η 4) V 0, V a λ ( V a) η 0 3 λ ( V + a) η > 0 4 λ λ V η 0 λ V a im, η ) i, M V η p * im, η im, η γ * γ im, ρ η im, η * t i, Mη t i, Mη a γ γ ( ρ ) ( ) V ) V ) V p a a * im, η * im, η ) i, M + V) η i, M + η γ γ ( ξ, η ) (, )( i 0,,, M ; i M M +,, M ) i i i,0 i,0 c ξ c, (, ) (, )( i 0,,, M ; i M M,, M i, i, M i, M i, c c ) ξ ξ ξ + ξ ξ 4
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