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平板层流边界层编程说明
一、程序的功能
采用四阶Runge-Kutta法分析二维平板层流边界层流动。
求解:流场内无量纲流函数及其各阶导数,画出速度分布曲
线。
二、问题的描述
η
U∞
f ???? ?1
f ?0?? 0, f ??0?? 0
已知条件:来流速度U∞。
三、问题的分析
平板层流边界层流动沿厚度方向的速度分布具有相似性,即
无量纲流函数f只是η的函数,故其满足的微分方程、边界条
件及无量纲速度分布表达式如下:
1
微分方程: f ??? ? ff ?? ? 0
2
边界条件:
壁面:? ? 0, f ? 0, f ? ? 0
外边界:? ? ?, f ? ?1
无量纲速度分布为:
? u
? ? f ?
?U ?
? v 1 ?
? ? ??f ? ? f ?
??U ? 2 U ? x
四、程序的原理说明
设定η合理的分析范围和步长,采用改进的四阶Runge-Kutta
法进行求解:
1. 求解关于置换函数g的常微分方程组,确定待定系数β;
?dg
? 1 1 ? g
?g??? ? gg?? ? 0 ? 2
2 dz g1?0? ? 0
? 转换为常微分方程组 ?dg
?g 0 ? 0 ? 2
? ? ? ??????????? ? g3 g2 ?0? ? 0
dz
?g??0? ? 0 ? g ?0? ?1
? ?dg3 1 3
? ? g1g3
??g???0? ?1 ?? dz 2
四阶Runge-Kutta法求解 ? ?
? ? ? g ?zn ?
???????????? 1
f ???0? ? 3
?? ?
2. 求解关于无量纲流函数f的常微分方程组,得到无量纲速度;
? 1 ?df
f ??? ? ff ?? ? 0 1 ? f
? 2 ?d? 2
f1?0? ? 0
? 转换为常微分方程组 ?
? f ?0? ? 0 ?df2
? ??????????? ? f3 f2 ?0? ? 0
? f ??0? ? 0 ?d? 1
df 1 f3 ?0? ? 3
? 1 ? 3 ?
f ???0? ? 3 ? ? f1 f3
?? ? ??d? 2
? u
? ?
四阶Runge-Kutta法求解 ?U
??????????? ?
? v
? ? ?
??U ?
五、程序框图
设定η合理的分析范围和步长
采用四阶Runge-Kutta法求解置换函数
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