SIMPLE算法非稳态时间离散格式比较

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本文在已有高精度稳态程序的基础上,详细推导了采用一阶及二阶全隐时间离散格式的非稳态控制方程离散形式,并以此为基础使用有限体积法建立了基于SIMPLE算法的非稳态程序。分别对圆柱绕流问题和方腔顶盖驱动流问题进行了非稳态的数值模拟,通过数值模拟的结果分析了这两种常见的时间离散格式对于算法精度、收敛速度计健壮性的影响。研究结果表明:在相等的时间内,时间步长越小,计算中所捕捉到的流动信息的频率更密集,精度越高,而全隐时间离散格式无条件满足稳定性要求,因此时间步长取的越小计算时间也越长,计算效率越低;相同的计算格式中,时间步长越小则每一时层收敛速度越快。在收敛速度方面,相同计算条件下,一阶时间离散格式要略快于二阶格式。在收敛的难易程度方面,一阶及二阶时间离散格式均有较好的收敛性。在计算精度方面,一阶及二阶时间离散格式速度的时间收敛阶数为均为1左右,一阶格式压力收敛阶数约为0.5,二阶格式为约为1。相较之下,二阶全隐时间离散格式的整体收敛精度略高于阶全隐时间离散格式。本文的研究获得了两种常用时间离散格式性能的了解,对算法的精度、收敛速度的影响因素及算法的健壮性进行了较为系统的分析。
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