Esquemas de diferencias finitas compactas bidimensionales para resolver el operador bi-Laplaciano con derivadas normales a la pared homogéneas
Autores: Amo-Navarro, Jesús; Vinuesa, Ricardo; Conejero, J. Alberto; Hoyas, Sergio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Esquemas de diferencias finitas compactas bidimensionales para resolver el operador bi-Laplaciano con derivadas normales a la pared homogéneas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Operador bi-laplaciano
Condiciones de contorno de Neumann homogéneas
Ecuaciones de Navier-Stokes
Formulación vorticidad-velocidad
Problemas elípticos de cuarto orden bidimensionales
Esquemas de diferencia finita compactos
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
En mecánica de fluidos, el operador bi-Laplaciano con condiciones de contorno de Neumann homogéneas surge al transformar las ecuaciones de Navier-Stokes a la formulación de vorticidad-velocidad. En el caso de problemas con una dirección periódica, el problema puede transformarse en múltiples problemas elípticos independientes de cuarto orden bidimensionales. Se diseñó y validó un método eficiente para resolver estos operadores bi-Laplacianos bidimensionales con condiciones de contorno de Neumann homogéneas utilizando esquemas de diferencias finitas compactas en 2D. La solución se formula como una combinación lineal de soluciones auxiliares, tantas como el número de puntos en el contorno, un método que era prohibitivo hace algunos años debido a los grandes requisitos de memoria para almacenar todas estas funciones auxiliares. La validación se ha realizado para diferentes configuraciones de campo, tamaños de rejilla y estarcidos del esquema numérico, mostrando su potencial para abordar campos de alto gradiente como los que se pueden encontrar en flujos turbulentos.
Descripción
En mecánica de fluidos, el operador bi-Laplaciano con condiciones de contorno de Neumann homogéneas surge al transformar las ecuaciones de Navier-Stokes a la formulación de vorticidad-velocidad. En el caso de problemas con una dirección periódica, el problema puede transformarse en múltiples problemas elípticos independientes de cuarto orden bidimensionales. Se diseñó y validó un método eficiente para resolver estos operadores bi-Laplacianos bidimensionales con condiciones de contorno de Neumann homogéneas utilizando esquemas de diferencias finitas compactas en 2D. La solución se formula como una combinación lineal de soluciones auxiliares, tantas como el número de puntos en el contorno, un método que era prohibitivo hace algunos años debido a los grandes requisitos de memoria para almacenar todas estas funciones auxiliares. La validación se ha realizado para diferentes configuraciones de campo, tamaños de rejilla y estarcidos del esquema numérico, mostrando su potencial para abordar campos de alto gradiente como los que se pueden encontrar en flujos turbulentos.