Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование течений весомой жидкости со свободными поверхностями, индуцированных погруженным источником Шерыхалина, Наталия Михайловна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шерыхалина, Наталия Михайловна. Математическое моделирование течений весомой жидкости со свободными поверхностями, индуцированных погруженным источником : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 05.13.16 / Уфимский гос. авиацион. технич. ун-т.- Уфа, 1996.- 18 с.: ил. РГБ ОД, 9 96-3/2661-6

Введение к работе

Актуальность темы. Для решения задач, имеющих сложные нелинейные граничные условия применяются различные численные и численно-аналитические методы. К преимуществам чисто численных методов (к которым относятся методы конечных разностей и конечных элементов) следует отнести универсальность по отношению к виду решаемых уравнений с частными производными. С другой стороны, при решении задач этими методами на ЭВМ требуется значительная машинная память и время. В связи с этим достигаемая точность, как правило, характеризуется величиной порядка 0.1...1%. Этого вполне достаточно для сравнения с аэро- гидродинамическим экспериментом, однако, для обоснования достоверности результатов необходимо иметь возможность управлять точностью и понижать погрешность хотя бы на 1-2 порядка. Возможность достигать высокой точности (до 4-8 точных десятичных знаков при разумных затратах машинного времени на современных ЭВМ) является одним из основных преимуществ численно-аналитических методов (например, метода граничных интегральных уравнений, Леви-Чивиты). Возможности этих методов позволяют не только получать численные результаты, но и проверять на численном эксперименте точность и достоверность этих результатов. Это качество очень важно для теоретических исследований задач, поскольку в последнее время в научной литературе появляется множество численных данных, которые не имеют какого-либо обоснования и иногда вызывают сомнения.

В диссертационной работе рассматривается приложение численно-аналитических методов к построению математических моделей течений идеальной весомой жидкости. Данные задачи имеют ряд важных практических приложений в тех областях исследований, где вязкостью жидкости можно пренебречь, например, кавитационные течения, течения воды в гидротехнических сооружениях, а также течения различных жидкостей в технических устройствах, таких как центробежные форсунки.

Постановки задач известны, однако специфика этого раздела гидромеханики такова, что интеграл Бернулли, используемый в качестзе нелинейного краевого условия, допускает решения существенно различного вида: волновые и безволновые (типа солитона), с гладкой свободной границей и с наличием ее излома (в случае волны Стокса на свободной поверхности образуется излом с внутренним углом 120 градусов). Каждый из рассматриваемых типов течений требует разработки своей модели решения, в качестве которой выступает некоторая функция, обладающая рядом особенностей, отражающая основные свойства точного решения. В связи с этим до последнего времени не существовало систематического исследования таких решений, которое стало возможным благодаря разработанным в диссертации методам.

Цель работы. Разработка математических моделей, численно-аналитических методов, алгоритмов и программного обеспечения для исследования плоских задач математической физики, имеющих сложные краевые условия, и численное исследование с помощью этих моделей и методов ряда задач о течении весомой жидкости.

На защиту выносятся:

  1. Два варианта математической модели течений, основанные на прямом конформном отображении и использовании функции Леви-Чивиты или Жуковского с выделением особенностей высшего порядка.

  2. Экспериментальное исследование скорости сходимости этих методов на разных задачах и определение характерного значения коэффициента уменьшения погрешности при удвоении числа точек коллокаций (к «3 для первого метода и к » б для второго).

  3. Разработка комплекса приемов оценки погрешности результата на основе сравнения результатов решения двумя методами; с более точным решением, полученным при возрастании числа точек коллокаций; с максимальным значением невязки в промежуточных между узлами коллокаций точках.

  4. Решение задачи о затопленном источнике с различным углом наклона стенки, включая предельные случаи.

  5. Получение различных типов решения задачи о погруженном источнике (при заданном расстоянии от источника до дна), определение диапазона существования предельного решения типа волны Стокса.

Научная новизна. Новыми в работе являются математические модели течений, которые, в отличие от имевшихся ранее, более точно учитывают особенности решения, что позволяет сократить объем вычислений и получить результаты с более высокой точностью, проверить их достоверность, отделить решения, порожденные способом дискретизации задачи и не имеющие тенденции сходимости к точному.

Новыми являются полученные численные решения с оценкой погрешности задач о затопленном и погруженном источнике с различным углом наклона стенок и расстоянием от источника до дна, предельные решения с критическим значением числа Фруда, докритические решения солитонного типа, несколько видов решений с особенностями на свободной поверхности.

Практическая ценность. Разработанные численно-аналитические методы решения плоских краевых задач расширяют возможности численного моделирования струйных течений с границами различного вида. Автором разработаны алгоритмы и программы решения таких задач, получены численные результаты, которые могут быть практически использованы для определения опасных сочетаний параметров, при которых возможно появление и отрыв солитонов в гидротехнических сооружениях и технических устройствах.

Работа проводилась по госбюджетной тематике согласно тематическому плану Уфимского государственного авиационного технического университета (№ гос. регистрации темы 01940008023). Результаты работы использованы в учебном процессе в УГАТУ в рамках курса "Специальные главы математики".

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международной научно-технической конференции "Механика машиностроения" (1995, г. Набережные Челны), на международной научно-технической конференции "Ленинские горы -95" (1995, г. Москва), на семинаре НИИММ при КГУ (1996, г. Казань), на научно-технической конференции "Динамика сплошных сред со свободными границами" (1996, г. Чебоксары), на международной научно-технической конференции "Молодежь и наука - третье тысячелетие" (1996, г. Москва), на международной научно-технической конференции "Молодая наука - новому тысячелетию" (1996, г. Набережные Челны), на семинаре в институте математики Башкирского отделения РАН (1996, г. Уфа), на семинарах кафедры ВМиК УГАТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 75 названий. Общий объем работы - 111 страниц, рисунков -17, таблиц - 38.

Похожие диссертации на Математическое моделирование течений весомой жидкости со свободными поверхностями, индуцированных погруженным источником