Решение уравнений методом характеристик

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ МЕТОДОМ ХАРАКТЕРИСТИК [c.207]

Приведены алгоритмы (Фортран) моделирования динамики разветвленной гидросистемы, которая включает аксиально-поршневой насос, напорный трубопровод и встроенные в магистраль гидроустройства. Задача моделирования сведена к решению по участкам квазилинейных гиперболических уравнений. Решение осуществляется методом характеристик. [c.171]

Решение уравнения методом Дуффинга. В основе этого метода лежит прием исключения вековых членов, указанный М. В. Остроградским для задачи о свободных колебаниях нелинейной системы. Следуя Дуффингу, ограничимся рассмотрением кубической характеристики [c.246]

Рассмотрим приемы решения этого уравнения методом характеристик. Дифференциальные уравнения характеристик [c.59]

Решение этого уравнения методом характеристик приводит к следующим результатам. [c.372]

Мы изложим здесь графические методы решения задач газодинамики, имея в виду, что эти методы позволяют во многих случаях дать качественный анализ решения задач газодинамики, иногда помогают написанию аналитического решения. Графические методы характеристик играют важную роль в сверхзвуковой газодинамике, почти такую же, какую играют качественные методы для исследования решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Графические и численные решения задач потенциального течения сводятся к выполнению элементарных операций. [c.310]

Известны три способа решения уравнения (20) — решение в тригонометрических рядах, решение с помощью разрывных функций и решение по методу характеристик. [c.503]

Решение указанного уравнения методом характеристик 15] приводит к выражению (2.39). [c.42]

Во втором подходе при расчете нестационарного течения в цилиндре при движении поршня решаются одномерные нестационарные уравнения газовой динамики с учетом неравновесного протекания химических реакций. Закон движения поршня задается. Расчет течения в плоскости х может быть проведен для всех тактов двигателя. Численное решение осуществляется методом характеристик, поскольку система уравнений в этом случае является гиперболической. [c.232]

В работах [164—166] уравнение переноса излучения было рассмотрено для случая крупных по сравнению с длиной волны излучения частиц. При решении использовался метод сферических гармоник. Полученные результаты предлагались для определения спектральных характеристик псевдоожиженного слоя, которые, как было показано, существенно отличаются от аналогичных характеристик одиночной частицы. [c.145]

Уравнение (6. 3. 26) является линейным дифференциальным уравнением первого порядка в частных производных. Его решение может быть найдено при помощи метода характеристик [89]. Оно имеет следующий вид [c.251]

Мы отмечали ранее, что комплексное определение теплофизических характеристик материала возможно при помощи методов, основанных на решении уравнений нестационарного поля температур. Применение этих методов, позволяющих из данных одного непродолжительного (менее 1 мин для тонкослойных веществ) эксперимента определить тепло- и температуропроводность, для исследований покрытий весьма перспективно. [c.141]

Для интегрирования системы нелинейных уравнений гиперболического типа широко используется метод характеристик. Решение рассчитывается с помощью характеристической сетки, выстраиваемой в процессе счета. Этот метод позволяет детально изучить физическую картину течения. Но его трудно применять при расчете сложных сверхзвуковых течений, когда внутри потока содержатся интерферирующие ударные волны, тангенциальные разрывы и другие особенности. [c.267]

Итак, решение уравнений неустановившегося движения методом характеристик сводится к построению сетки характеристик (прямых и обратных), узловые точки которой (точки пересечения характеристик) и определяют элементы решения н, чз, /, I. [c.208]

Приведенный перечень параметров не является обязательным, его можно расширить, а некоторые из параметров заменить другими. Например, вместо динамического коэффициента вязкости можно ввести кинематический коэффициент v == р,/р. Геометрическими параметрами могут быть углы, определяющие конфигурацию границ или поля течения. Как правило, искомой исследуемой величиной является параметр второй группы, т. е. кинематическая или динамическая характеристика потока, которую нужно определить как функцию всех или части остальных параметров. Следует подчеркнуть, что составление полного перечня параметров, определяющих исследуемый процесс, является важной частью решения задачи методом размерностей. Оно упрощается, если процесс описан математически, в частности дифференциальными уравнениями в противном случае необходимо иметь четкое представление о физической сущности процесса, основанное на предварительном экспериментальном изучении. Для применения метода размерностей, как правило, необходима [c.128]

При изложении методов, применяемых в задачах тепломассообмена, даются необходимые сведения о решении алгебраических, трансцендентных и дифференциальных уравнений изложены основы метода конечных разностей. В прикладном плане приведены некоторые классические методы, такие как метод конформных отображений, операторный, разделения переменных, метод характеристик. Даны понятие об асимптотических методах, методе последовательных приближений, интегральных методах, а также некоторые точные решения задач тепломассообмена. [c.3]

Метод решения гиперболических уравнений, использующий характеристики и условия на них, назовем методом характеристик. Этот метод широко применяется при решении задач газовой динамики в случае сверхзвуковых течений (М > 1). [c.241]

Гиперболическое уравнение теплопроводности и его решение методом характеристик [c.241]

В качестве примера использования метода характеристик рассмотрим решение уравнения теплопроводности для среды с релаксацией. Пусть Т — температура, q — вектор удельного теплового потока и Qv — объемная мощность источников тепла в теле. Относительно последней величины заметим, что объемные источники тепла в теле возникают, например, при протекании в нем электрического тока. Тогда qv = где/— вектор плотности [c.241]

Итак, имеем уравнения трех связей (7.70) соответственно с коэффициентами (7.87), (7.90), (7.91), которые решаются методом прогонки в соответствии с алгоритмом, описанным ранее. Как уже отмечалось, применяются итерации до получения необходимой точности. Если рассматривается система двух и более уравнений (например, помимо уравнения движения решается также уравнение энергии), то в этом случае можно применить метод последовательных прогонок после получения с необходимой точностью решения уравнения движения на данной характеристике, интегрируется уравнение энергии. Если уравнение движения зависит от решения уравнения энергии, можно повторить итерации уравнения движения, затем — энергии и так далее до получения заданной точности. Итерационный процесс решения системы нелинейных уравнений может стать в некоторых случаях неустойчивым. Тогда может быть применен прием, называемый демпфированием. Пусть получены значения функции на k-vi и k + 1)-й итерациях, в качестве значения функции примем [c.259]

Часть вопросов и задач данной главы знакомят с математическими основами метода характеристик, условиями, при которых имеются решения характеристических уравнений и возможен расчет газовых течений методом характеристик. Ряд из них посвящен выяснению физического смысла характеристик, рассмотрению условий совместности уравнений для таких характеристик. Особое внимание уделяется практическому использованию метода характеристик на примерах расчета течений Прандтля—Майера и решения отдельных задач, связанных со сверхзвуковыми плоскими или пространственными осесимметричными течениями. [c.138]

В точке Н и во всем пространстве перед ней, ограниченном характеристикой УН, течение безвихревое. Однако ниже по течению наблюдается влияние искривленного скачка, что проявляется в изменении энтропии. Это влияние следует учитывать при расчете параметров потока и выборе соответствующих зависимостей метода характеристик. Такой расчет ведется следующим образом. Из точек 5 и Я проводим характеристики разных семейств до пересечения в точке 6, координаты которой определяются из решения уравнений — Ун Рн 1 я) ( в — х у, [c.190]

Сведение системы уравнений в частных производных к системе обыкновенных дифференциальных уравнений упрощает процедуру численного решения задачи и позволяет использовать в методе характеристик численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. При численном решении уравнений направления и совместности обычно используют итерационный метод, в этом случае первая итерация соответствует методу Эйлера, а вторая и последующие — методу Эйлера с пересчетом, что обеспечивает второй порядок точности численного решения. [c.112]

Идею послойного метода характеристик поясним на примере уравнений (4.24), Пусть имеется прямоугольная сетка с координатными линиями, параллельными осям л и / (рис. 4.4, а). Предположим, что в точках а, Ь, с линии t = to решение известно, и рассмотрим порядок расчета параметров в точке 3 на слое = о + Аг. Обозначим точки пересечения характеристик С+, С , [c.123]

В гл. 5 рассматриваются некоторые общие свойства упругих и пластических стержневых систем. Существенно заметить, что вариационные принципы теории упругости, ассоциированный закон течения, свойство выпуклости поверхности нагружения для пластической системы доказываются здесь совершенно элементарно. Все эти теоремы будут сформулированы и доказаны впоследствии при более общих предположениях. Автору представляется по опыту его педагогической работы, что иллюстрация общих принципов на простейших примерах, где эти общие принципы совершенно очевидны, способствует лучшему их пониманию и усвоению. Гл. 6 посвящена теории колебаний, которая должна занять подобающее место как во втузовских, так и в университетских программах. Кроме собственно задач о колебаниях здесь излагается метод характеристик для решения задач о продольных волнах в стержнях. Этот метод настолько прост И ясен, что им можно пользоваться и его легко понять, не прослушав общего курса дифференциальных уравнений математи- [c.12]

Из уравнения (6.7.2) находятся значения скорости и деформации в точке т, Vn и е - Уравнения (6.7.2) и служат основой метода характеристик для решения уравнения продольных колебаний при заданных начальных и граничных условиях. [c.193]

Численные алгоритмы, основанные на методе характеристик имеют ярко выраженную модульную структуру. Они заключаются в последовательном выполнении более простых алгоритмо (модулей), предназначенных для вычисления решения во внутренних и различного рода граничных узлах характеристической сетки. В предыдущем параграфе были приведены такие алгоритмы для некоторого класса гиперболических уравнений газовой динамики. Зная, как с помощью метода характеристик определить решение в точке, можно решать некоторые типичные для гиперболических уравнений задачи. К таким задачам относятся задача Коши, задача Гурса и смешанная задача. Схемы решения их методом характеристик и алгоритм решения описаны в 2.2. Алгоритмы решения задачи Коши, Гурса и смешанной задачи можно рассматривать как модули более высокого уровня (макромодули). [c.125]

Общая схема решения задач методом характеристик. Интегрируя систему телеграфных уравнений (XIП.24) при заданных граничных условиях, допускающих решение задачи (например, на контуре Оху = 0), находят значение переменных х, у в функции аргументов ц. Выражая в уравнениях (XI1L23) угол 0 = = —0,5 (I Ti) и подставляя значения х, у, определяют значения х у как функции т. е. раскрывают уравнения (XIII.19). [c.285]

Пусть инициирование полубесконечного слоя ВВ происходит в плоскости а = 0 в момент времени 1— 0. Слева от плоскости о = О находится вакуум. Для этого случая возможно точное решение системы дифференциальных уравнений методом характеристик, определяющее течение в простой волне разреже я [c.124]

В [2] построены классы точных решений поставленной задачи в области DEG, а в области EGNF решение найдено методом характеристик численно. В точке G 7 = О и уравнение (1) содержит особенность. Попытки построить аналитически решение задачи Гурса с данными на NG и GE методом характеристических рядов 4] не увенчались успехом из-за наличия неаналитической особенности в окрестности точки G на оси вращения. Представляет интерес задача о выяснении вида этой особенности, а также задача о построении решения задачи Гурса для уравнения (1) в окрестности точки G. [c.433]

Наиболее простые математические постановки возникают при использовании упрощенных моделей для описания податливости взаимодействующих тел (например, модели Винклера). При линейном законе износа задачи сводятся к задачам Коши и Гурса для линейных уравнений в частных производных. ]У1етоды решения задач этого класса изложены в монографии Ivl. А. Галахова и П. П. Усова [18]. Одним из наиболее распространенных методов их решения является метод характеристик. [c.440]

Указанная система уравнений относится к классу уравнений гиперболического типа, обладающих двумя совокупностями характеристик. Следовательно, эту систему уравнений можно заменить уравнениями соответствующих им характеристик, которые могут быть решены приемами приближенного интегрирования. Исследование системы уравнений (Х1Х.6) и (Х1Х.9) и решение их методом характеристик впервые проведено С. А. Христиановичем. [c.385]

Обычно граничные условия типа Коши связаны с гиперболическими уравнениями, поэтому естественным путем решения является метод характеристик. В последнее время был развит метод решения эллиптических уравнений подобным образом. Такой метод подробно описан Гарабедяном и Либерштейном [2] в качестве примера они рассмотрели дозвуковое течение за отошедшей ударной волной. Краткое изложение метода приводится ниже. [c.207]

Уравнение переноса излучения (3.40) связано с системой (3.38) тем, что интенсивность собственного излучения матрицыГ(Z)] зависит от ее температуры. В настоящее время разработаны различные приближенные методы решения уравнения переноса излучения (3.40). С их использованием получены численные решения совместной задачи (3.38)- (3.40) переноса энергии излучением, конвекцией и теплопроврдностью в проницаемом покрытии. Полученные результаты позволяют оценить диапазон изменения оптических характеристик матрицы, обеспечивающих ее наибольшую эффективность в том или ином конкретном случае. Так, например, выяснено, что наилучший режим работы пористого слоя как коллектора солнечной энергии достигается в том случае, когда матрица выполнена из материала, прозрачного и нерассеивающего в солнечном спектре, но непрозрачного и рассеивающего в инфракрасном диапазоне. Для теплового экрана с транспирационным охлаждением желательно обратное. [c.61]

Эти характеристики для сверхзвукового потока являются действительными, и для решения приведенных выше уравнений можно воспользоваться методом характеристик, предложенным Зауером [679]. Условия в околозвуковой области вблизи горла сопла получены путем экстраполяции метода Зауера. По-видимому, с учетом последних исследований, упомянутых в разд. 7.2 и 7.3, можно получить точное решение для этой области. Как и раньше, следует использовать квазинепрерывное представление среды с ограничением, согласно которому характеристики существуют только при М 2 > 1. Сверхзвуковые течения газа с частицами рассматриваются также в работах Крайбела [439], посвященной косому скачку уплотнения, и Моргенталера [553] об угле наклона ударной волны на клине, обтекаемом потоком газа с частицами. В работах [671, 678[ исследован метод характеристик в применении к двухфазному потоку. [c.344]

После определения функций на конфольном контуре расчет течения будет сводиться, вообще говоря, к решению двумерных задач Коши и ТУрса. Для уравнений газовой динамики эти задачи успешно решаются методом характеристик. Рабочая форма этого метода в применении к бысфодействующим вычислительным машинам изложена в работе Чушкина [30] и в [31]. [c.65]

В методах исследования теплофизических характеристик материала при нестационарном тепловом потоке используются частные решения уравнения теплопроводности (6-3) при условии дТ1дгФ0, которые в этом случае будут иметь вид [c.126]

В настоящее время наибольшее распространение для оценки предельной несущей способности металлоконструкций получили такие методы как метод совместного решения уравнений равновесия и условий пластичности, вариационные методы, метод линий скольжения (метод характеристик), метхзд конечных элементов и другие. [c.98]

Отметим, что правомочность распространения метода линий скольжения на данный случай нагружения конструкций обеспечивается в том случае, когда линии скольжения в деформируелюм теле и характеристики (т е. интегральные кривые дифференциального уравнения, вытекающего из решения уравнений равновесия совместно с условием пластичности) совпадают. [c.112]

Существует два способа расчета параметров жидкости в пограничном слое. Первый способ заключается в численном решении системы дифференциальных уравнений пограничного слоя, впервые полученных Прандтлем, и основывается на использева-нии вычислительных машин. В настоящее время разработаны различные математические методы, позволяющие создавать рациональные алгоритмы для решения уравнений параболического типа, к которому относится уравнение пограничного слоя. Такой подход широко используется для определения характеристик ламинарного пограничного слоя. Развиваются приближенные модели турбулентности, применение которых делает возможным проведение расчета конечно-разностными численными методами и для турбулентного потока. Второй способ состоит в нахождении методов приближенного расчета, которые позволяли бы получить необходимую информацию более простым путем. Такие методы можно получпть, если отказаться от нахождения решений, удовлетворяющих дифференциальным уравнениям для каждой частицы, и вместо этого ограничиться отысканием решений, удовлетворяющих некоторым основным уравнениям для всего пограничного слоя и некоторым наиболее важным граничным условиям на стенке и на внешней границе пограничного слоя. Основными уравнениями, которые обычно используются в этих методах, являются уравнения количества движения и энергии для всего пограничного слоя. При этом, однако, необходимо задавать профили скорости и температуры. От того, насколько удачно выбрана форма этих профилей, в значительной степени зависит точность получаемых результатов. Поэтому получили распространение методы расчета параметров пограничного слоя, в которых для нахождения формы профилей скорости и температуры используются дифференциальные уравнения Прандтля или их частные решения. Далее расчет производится с помощью интегрального уравнения количества движения. [c.283]

Уравнение Эйлера (26а) определяет движение идеальной жидкости. Для получения уравнений гидродинамики реальной (вязкой) жидкости или газа надо искать решение уравнения Больцмана, отличное от локального распределения Максвелла. Мы получим тогда уравнения Навье—Стокса, Барнетта и т. д., в которых коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии выражаются через молекулярные характеристики. Эти уравнения представляют собой замкнутую систему уравнений термодинамики необратимых процессов. Такой вывод этих уравнений в общем случае выходит за рамки нашего курса. Мы ограничимся здесь только характеристикой методов решения кинетического уравнения Больцмана и рассмотрим ряд частных задач статистической теории неравновесных систем. [c.142]

Главы 4, 5, 6 написаны Я- М. Котляром 1, 7, 8 — В. Д. Совершенным 2, 3 — Д. С. Стриженовым. Задача о гиперболическом уравнении теплопроводности и его решение методом характеристик представлены также Д. С. Стриженовым. [c.4]

С широким внедрением ЭВМ и вычислительной математики аналитические методы в аэродинамике не утрачивают своего значения. Хотя число этих методов относительно невелико (размерностный количественный анализ, асимптотические методы, методы характеристик и малого параметра, линеаризация уравнений движения), тем не менее с их помощью можно решать многие прикладные задачи. Для инженерной практики важное значение имеет тот факт, что аналитическое решение определяет соответствующие зависимости от параметров в явном виде, в то время как в вычислительном эксперименте необходимо проводить значительное число однотипных расчетов, которые позволяют установить правильные количественные соотношения между газодинамическими характеристиками. [c.3]

Численный метод характеристик. Теория характеристик играет исключительно важную роль при формулировке краевых условий задач газовой динамики. Кроме того, свойства характеристик широко используются при числовом решении уравнений. В дальнейшем при рассмотрении конкретных задач о движении газа эти вопросы будут неоднократно затрагиваться. Здесь е кратко поясним идею численного метода характеристик на примере нестационарных уравнений в инвариантах для изоэнтропи-ческих течений [c.47]

Основная идея метода характеристик состоит в уменьшении числа независимых переменных в результате введения характеристических поверхностей (характеристических направлений). Как было показано в 2.2, определяя характеристики как линии, на которых решение задачи Kouin либо не существует, либо неединственно, удается систему двумерных уравнений газовой динамики в частных производных свести к системе обыкновенных дифференциальных уравнений направления и совместности, выполняющихся вдоль характеристик. Так, система уравнений в частных производных, описывающих одномерное нестационарное течение совершенного газа, сводится в результате применения метода характеристик к системе обыкновенных дифференциальных уравнений вдоль характеристик (2.53). Система уравнений, описывающая стационарное неравновесное течение газа, сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений [c.112]

Из формулы (15.8.7) следует, что при т 1<1 существует два семейства характеристик, соответствуюпщх знакам плюс и минус в формуле (15.8.7). В этом случае система (15.8.4) называется гиперболической. Если т 1>1, то формула (15.8.7) определяет мнимые направления, и система (15.8.4) называется эллиптической. Метод характеристик, т. е. отыскание соотношений вдоль характеристик из условия Z)p, i = О, для эллиптической системы не приводит к цели. Наконец, промежуточный случай, когда т = 1 и оба семейства характеристик сливаются, соответствует параболической системе исходных дифференциальных уравнений, В зависимости от вида условия пластичности в теории пластичности встречаются все три случая при этом гиперболическая задача оказывается наиболее простой, для нее. разработаны эффективные методы решения. Дальнейшее изложение будет ограничено почти исключительно случаем гиперболичности уравнений пластичности. [c.502]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...