边界条件处理
边界条件处理
边界条件处理指的是在求解区域内,针对边界上变量及其偏导数随时间变化的规律进行的处理。这一过程对于解决数学物理问题具有重要意义。
原则
在确定边界条件的过程中,遵循两个基本原则:一是当信息从外部进入求解域时,应当明确指定相应的边界条件,这被称为解析边界条件;二是当信息从求解域内部向外传递时,不需要指定边界条件,但在数值求解过程中,需要添加一些额外的边界条件,这些条件被称为数值边界条件。边界条件的确立受到方程类型的限制,因为信息的传播方式取决于方程的性质。此外,边界条件还与特征线与边界的交点位置相关联。
分类处理
进口边界
超音速流动
在这种情况下,四个特征值都为正值,因此需要确定四个边界条件,这些条件均来自流入的信息。
亚音速流动
三个特征值为正值,一个特征值为负值。这意味着有一条特征线从域内向域外传递信息,因此只需要确定三个边界条件,同时还需要添加一个数值边界条件。
出口边界
超音速流动
所有特征值均为正值,表明信息全部从域内流出,因此不需要指定任何边界条件,所有的边界条件都可以通过内部场向外推导得出。
亚音速流动
三个特征值为正值,一个特征值为负值。在这种情况下,只需要确定一个边界条件,其余三个边界条件需要通过添加数值边界条件来完成。
有限元法边界条件的处理
在使用有限元法时,边界上的节点通常分为两种情况:一种是可以自由变形的节点,此时节点上的载荷为零,或者节点上施加了一定的外载荷,这时可以将节点载荷设置为特定的值。另一种情况是节点的位置被固定,此时可以通过两种方法来处理:划0置1法和置大数法。其中,划0置1法是一种精确的方法,而置大数定律是一种近似的处理方法。后者源于约束变分原理,本质上等同于罚函数,虽然在编程实现上较为简单,但由于过大或过小的数值可能会导致线性方程组出现病态,从而影响求解的稳定性,因此选择合适的数值也是一个优化的过程。如果位移边界条件为零,则主1副0的方法更具普遍适用性。
一维传热问题边界条件处理
在一维传热问题中,当计算区域的边界属于第二类或第三类边界条件时,边界节点的温度是未知的。为了确保内部节点的温度代数方程组能够闭合,可以采用两种方法:一是通过添加边界节点的代数方程,二是通过附加原项法。
参考资料
边界条件处理.百度文库.2024-11-04
边界条件处理.百度学术搜索.2024-11-04
边界条件的处理.人人文库.2024-11-04
目录
概述
原则
分类处理
进口边界
超音速流动
亚音速流动
出口边界
超音速流动
亚音速流动
有限元法边界条件的处理
一维传热问题边界条件处理
参考资料