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中山大学
本科生实验报告书
二维水箱的流场情况
院 系 工学院应用力学与工程系
专业班级 理论与应用力学10级
实验课程 计算流体力学
姓 名 程 彬
学 号
实验地点 中山大学东校区实验中心
实验时间 2012年 5 月 7日
指导教师 詹杰民
一、问题描述:
一个其右上角有一平板堵截的二维矩形水箱,堵截的平板与Ox轴成45度,水箱底面有一个入流孔和一个出流孔,当理想不可压流体以流量1从入流孔流入,而从出流孔流出,作定常流动时,计算水箱内的流场。
设流函数为,水箱底面AB为零流线,在其上=0,在其余水箱壁上=1,即满足:
=0, 在AB上
=1, 在其余箱壁上
二、实验方法:
取正方形网格,网格格子的边长与出入孔尺寸相等,即h=0.25。这里为简单起见, 我们取水箱尺寸及出入孔位置,使得边壁正好与垂直网格线重合,上下壁正好与水平网格线重合,出入孔正好与一个网格格子的边重合。由于网格格子是正方形的,而水箱右上角堵截平板与X 轴的夹角为45°,因而堵截平板与网格线的交点也完全落在网格结点上,见下图。 所以说差分方程求解的区域边界也就是原微分方程求解区域的边界。
网格线在Ox 轴方向共25条( 包括两边壁) 即m=25,在Oy方向共17条 即n = 17。
采用超松弛迭代法,因此内点差分格式为:
i=2,3,…,24
j=2,3, …,9
j=10时,i=2,3,…,23
j=11时,i=2,3,…,22
j=12时,i=2,3,…,21
j=13时,i=2,3,…,20
j=14时,i=2,3,…,19
j=15时,i=2,3,…,18
j=16时,i=2,3,…,17
松弛因子ω按(2)式取最佳值
其中
=0.9875
故
ω最佳=1.7269
边界点值
ψi,1=0 i=8,9,…,21
ψi,1=1 i=1,2,…,7,22,23,24,25
ψ1,j=1 j=1,2,…,17
ψ25,j=1 j=1,2,…,9
ψi,17 =1 i=1,2,…,17
ψ18,16=ψ19,15=ψ20,14=ψ21,13=ψ22,12=ψ23,11=ψ24,10=1
于是就可以通过边界上节点的值,由内点差分格式顺序扫描,一次一次迭代,直至达到要求的精度为止,最后求得所有内点的流函数值ψi,j。
三、实验程序
!-----------------------主程序----------------
!i=网格横坐标,j=网格纵坐标,k=迭代次数变量,st=收敛的迭代次数
!time=迭代次数的字符变量
!w=最佳松弛因子,d=迭代精度
!F=速度势,dF=速度势增量
! flag1=循环判断因子
!---------------------定义变量----------------
program waterbox
implicit none
integer i,j,k,st
logicial flag1
character(len=2)::time
real(8)d
!----------------------对变量赋初值----------------
real(8) F(1:25,1:17,0:1000),dF(1:25,1:17,0:1000)
w=1.7296
F(1:25,1:17,0)=1 !对全体变量赋初值
F(1:25,1,0:1000)=1 !对水槽下壁赋初值
F(1:17,17,0:1000)=1 !对水槽上壁赋初值
F(1,1:17,0:1000)=1 !对水槽左侧壁赋初值
F(25,1:9,0:1000)=1 !对水槽右侧壁赋初值
F(8:21,1,0:1000)=0 !对AB边赋初值
do i=17,25 !对水槽斜壁赋初值
do j=34-i,34-i
F(i,j,0:1000)=1
enddo
enddo
flag1=.true.
st=0
k=0
!----------------------迭代计算---------------------
print*,请输入迭代
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