Numerická simulace proudění nestlačitelných kapalin metodou spektrálních prvků

Abstract

Tato diplomová práce prezentuje metodu spektrálních prvků. Tato metoda je použita k řešení stacionárního 2-D laminárního proudění Newtonovské nestlačitelné tekutiny. Proudění je popsáno stacionarní Navier-Stokesovou rovnicí. Dohromady s okrajovou pod- mínkou tvoří Navier-Stokesův problém. Na slabou formulaci této úlohy je aplikována metoda spektrálních prvků. Touto discretizací se získá soustava nelineárních rovnic. K obrdžení lineární soustavy je použita Newtonova iterační metoda. Podorobný algorit- mus tvoří jádro Navier-Stokeseva solveru, který je naprogramován v Matlabu. Na závěr jsou pomocí tohoto solveru řešeny dva příklady: proudění v kavitě a obtékání válce. Přík- lady jsou řešeny pro různé Reynoldsovy čísla. První od 1 do 1000 a druhý od 1 do 100.The thesis presents the spectral element method and its application to a steady 2-D laminar flow of an incompressible Newtonian fluid. Main features of this method are presented in the thesis. The flow is governed by the steady Navier-Stokes equation. Together with boundary data they form the steady Navier-Stokes problem. Its weak form is a starting point for the method. A space discretization is applied and it results into a nonlinear system of equations. Due to this, the nonlinearity has to be treated. To obtain a linear system of equations is the Newton iteration method used. This algorithm forms the kernel of a Navier-Stokes solver that is implemented in Matlab. Finally, there are presented two examples: the lid driven cavity flow and the flow over a cylinder. The first one is solved for Reynolds numbers from 1 to 1000 and the second one for Reynolds numbers from 1 to 100.