Explicit Difference Scheme N-fold Splitting For the Vortex Equation in a Viscous Incompressible Fluid

Authors

  • Natalya K. Volosova Bauman Moscow State Technical University (BMSTU)
  • Konstantin A. Volosov Russian University of Transport
  • Aleksandra K. Volosova Russian University of Transport
  • Mikhail I. Karlov Moscow Institute of Physics and Technology
  • Dmitriy F. Pastukhov Polotsk State University
  • Yuriy F. Pastukhov Polotsk State University

DOI:

https://doi.org/10.17072/1993-0550-2023-4-12-21

Keywords:

numerical methods, hydrodynamics, splitting method, stability, difference schemes, vortex, stream function

Abstract

This work is the first to consider the possibility of N-fold (n=100,200) splitting of an explicit difference scheme for the vortex equation in the system of equations of a hydrodynamic problem in a rectangular cavity with a viscous incompressible fluid and with the Reynolds number Re=1000. The algorithm proposed in the work allows us to significantly increase the maximum time step per iteration of the general problem and reduce the total calculation time by tens to hundreds of times. The splitting algorithm for the vortex equation explicit difference scheme is effective if the time spent by the program on the splitting cycle is many times less than the general problem on one iterationsolving time. It is shown numerically that the solution without splitting qualitatively coincides with the solution of the split circuit (match to five significant figures). In this case, the solution to the problem without splitting is not completely steady (the first five significant digits are constant in time after 400000 it-erations). It is shown numerically that two-layer and three-layer explicit difference schemes have steady-state solutions with fields matching in 11-12 significant signs at each node of the computational grid (velocity, vortex, stream function) after 21000 iterations.

References

Salih A. Streamfunction – Vorticity Formulation // Department of Aerospace Engineering Indian Institute of Space Science and Technology, Thiruvananthapuram-Mach 2013. p.10.

Сборник статей по гидродинамике / Н.К. Волосова, К.А. Волосов, А.К. Волосова [и др.]. 2-е изд. М.: МИИТ, 2023. 231 с. EDN: UDVEDI.

Фомин А.А., Фомина Л.Н. Численное моделирование течения жидкости в плоской каверне при больших числах Рейнольдса // Вычислительная механика сплошных сред. 2014. Т. 7, № 4. С. 363–377.

Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику: учеб. пособие для вузов / Р.П. Федоренко; Федоренко Р.П.; под ред. и с доп. А.И. Лобанова. 2-е изд., испр. и доп. Долгопрудный (Моск. обл.): Изд. дом Интеллект, 2008. 503 с. (Физтеховский учебник). ISBN 978-5-91559-011-2. EDN: QJUAEP.

Бахвалов, Н. С. Численные методы: учеб. пособие для студ. физ.-мат. специальностей ву-зов / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков; Мос. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. 7-е изд. М.: Бином. Лаб. знаний, 2011. 636 с. (Классический университетский учебник). ISBN 978-5-9963-0449-3. EDN: QJXMXL

Бахвалов Н.С., Лапин А.В., Чижонков Е.В. Численные методы в задачах и упражнениях. М.: БИНОМ, 2010. 240 с.

Волосов К.А., Вдовина Е.К., Пугина Л.В. Моделирование "пульсирующих" режимов динамики свертывания крови. Математическое моделирование. 2014. Т 26, № 12. С. 14–32.

Published

2023-12-19

How to Cite

Volosova Н. К. ., Volosov К. А. ., Volosova А. К. ., Karlov М. И. ., Pastukhov Д. Ф., & Pastukhov Ю. Ф. (2023). Explicit Difference Scheme N-fold Splitting For the Vortex Equation in a Viscous Incompressible Fluid. BULLETIN OF PERM UNIVERSITY. MATHEMATICS. MECHANICS. COMPUTER SCIENCE, (4 (63), 12–21. https://doi.org/10.17072/1993-0550-2023-4-12-21

Most read articles by the same author(s)