Stokes-Strömung in einem Kanal 

Definieren Sie einen Kanal.

In[1]:=

X \[CapitalOmega] = ImplicitRegion[ 0 <= x <= 2 && 0 <= y <= 0.5 && ! (x >= 1 && y <= 0.1) && ! (x >= 1 && y >= 0.4), {x, y}]; RegionPlot[\[CapitalOmega], AspectRatio -> Automatic, ImageSize -> 300]

Out[1]=

Definieren Sie den Stokes-Operator.

In[2]:=

X stokesFlowOperator = {Inactive[ Div][({{-1, 0}, {0, -1}}.Inactive[Grad][u[x, y], {x, y}]), {x, y}] + \!\(\*SuperscriptBox[\(w\), TagBox[ RowBox[{"(", RowBox[{"1", ",", "0"}], ")"}], Derivative], MultilineFunction->None]\)[x, y], Inactive[ Div][({{-1, 0}, {0, -1}}.Inactive[Grad][v[x, y], {x, y}]), {x, y}] + \!\(\*SuperscriptBox[\(w\), TagBox[ RowBox[{"(", RowBox[{"0", ",", "1"}], ")"}], Derivative], MultilineFunction->None]\)[x, y], \!\(\*SuperscriptBox[\(v\), TagBox[ RowBox[{"(", RowBox[{"0", ",", "1"}], ")"}], Derivative], MultilineFunction->None]\)[x, y] + \!\(\*SuperscriptBox[\(u\), TagBox[ RowBox[{"(", RowBox[{"1", ",", "0"}], ")"}], Derivative], MultilineFunction->None]\)[x, y]};

Definieren Sie ein Einströmungsprofil in Richtung der positiven -Achse am linken Rand. Definieren Sie einen Ausströmdruck am rechten Rand. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf den übrigen Rändern ist 0.

In[3]:=

X Subscript[\[CapitalGamma], D] = { DirichletCondition[u[x, y] == 4*0.3*y*(0.5 - y)/(0.41)^2, x == 0.], DirichletCondition[{u[x, y] == 0., v[x, y] == 0.}, 0 < x < 2], DirichletCondition[w[x, y] == 0., x == 2]};

Lösen Sie die Gleichung. Die Interpolationsordnungs-Option ist gegeben, um die numerische Lösung zu stabilisieren. Die Strömungsgeschwindigkeiten und werden mit einer Genauigkeit 2. Ordnung, der Strömungsdruck mit einer Genauigkeit 1. Ordnung interpoliert.

In[4]:=

X {xVel, yVel, pressure} = NDSolveValue[{stokesFlowOperator == {0, 0, 0}, Subscript[\[CapitalGamma], D]}, {u, v, w}, {x, y} \[Element] \[CapitalOmega], Method -> {"FiniteElement", "InterpolationOrder" -> {u -> 2, v -> 2, w -> 1}}];

Stellen Sie die Strömungsgeschwindigkeit graphisch dar.

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In[5]:=

X rmf = RegionMember[\[CapitalOmega]]; Show[BoundaryDiscretizeRegion[\[CapitalOmega]], StreamPlot[{xVel[x, y], yVel[x, y]}, {x, 0, 2}, {y, 0, 1/2}, RegionFunction -> Function[{x, y}, rmf[{x, y}]], AspectRatio -> Automatic], ImageSize -> 300 ]

Out[5]=