Главная  Журналы 

0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

координатных осей. В результате программа идеально подходит для тех форм расчетной области, которые хорошо вписываются в одну из трех систем координат. В то же время программа может быть использована и для нерегулярных расчетных областей, однако если область слишком нерегулярная, то применять CONDUCT становится неудобно. Поэтому использование сеток в трех стандартных системах координат налагает некоторое ограничение на геометрические формы областей, с которыми удобно работать. Можно было бы не учитывать это ограничение, но это привело бы к созданию программы, намного более сложной в написании, понимании и использовании.

Для полярной системы координат должно быть отмечено особое ограничение. Циклическая координата 9 может изменяться от О до 360°, только если заданы значения зависимой переменной при 9 = 0 и 360° или эти линии являются линиями симметрии. Это ограничение не так серьезно, как это может показаться на первый взгляд. Для большинства задач в «круглой» или «кольцевой» геометрии существуют две радиальные линии симметрии или более, поэтому решение нужно искать только в секторе, ограниченном двумя линиями симметрии. CONDUCT может быть применена в этой ситуации, так как диапазон изменения 9 будет меньше 360°. Например, рассмотрим полностью развитое течение в круглом канале с радиальными внутренними ребрами. Если ребра одинаковы по форме и расположены равномерно по периметру канала (что обычно и имеет место на практике), то достаточно применить CONDUCT для анализа области между двумя последовательными ребрами (или даже между центральной линией одного ребра и линией, проходящей посередине между этим ребром и следующим). Если же ребра расположены неравномерно, без желательных линий симметрии, то CONDUCT не может быть применена для решения подобной задачи.

Несмотря на все ограничения, CONDUCT может быть использована для решения широкого круга задач теплопроводности, полностью развитого течения в канале, диффузии, фильтрации жидкости через пористую среду и др. Такие свойства, как теплопроводность или вязкость могут быть непостоянными: они могут зависеть от координат (как в составных материалах) и от температуры или других факторов. Течение в канале может быть ламинарным или турбулентным, ньютоновским или неньютоновским. В задачах теплопроводности может иметь место внутренняя генерация тепла, мощность которой также может зависеть от координат и/или температуры. Для всех задач может быть реализовано большое разнообразие граничных условий. Полностью освоив возможности и ограничения программы, можно разработать большое число разнообразных интересных пр!:ло/1-ениГ1.



1.3. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ CONDUCT

Первым шагом к ознакомлению с программой CONDUCT является иллюстрация структуры многоцелевой вычислительной программы, которая может быть использована, несмотря на все ее ограничения, для решения бесконечного множества физических задач, кажущихся на первый взгляд различными.

CONDUCT состоит из двух частей: неизменяемой и адаптируемой. Неизменяемая часть содержит общую вычислительную схему, одинаковую для всех возможных приложений с учетом ограничений программы. Она написана без каких-либо представлений и предположений о частных деталях решаемой задачи. Обычно нет необходимости делать какие-либо изменения в неизменяемой части программы. Адаптируемая часть обеспечивает конкретизацию задачи. С ее помощью вводятся данные о геометрических характеристиках, свойствах материала, расположении и мощности источников тепла, скорости реакции, граничных условиях, желаемом выводе результатов и др. Из этого следует, что адаптируемая часть не может быть написана «заранее» для бесконечного множества практических задач, к которым может быть применена программа. Единственное, что может быть обеспечено, - это структура адап-тирумой части, а ее содержание должно быть написано «по требованию» исходя из особенностей имеющейся задачи. Таким образом, многоцелевая программа подобного типа состоит из завершенной неизменяемой части и из ((.скелета» адаптируемой части. Адаптируемая часть должна быть написана пользователем в соответствии с общими инструкциями к программе. Несмотря на некоторые общие ограничения в разработке этой части существует большая свобода. Могут быть решены очень сложные прикладные задачи, так как возможности программы ограничены только воображением пользователя.

Этот тип структуры программы может быть вам незнаком. Многие из вас, возможно, имели дело с полностью завершенными программами, для которых требовались только входные данные. Такие программы, даже если они чрезвычайно сложны, не могут сравниться с практически неограниченной гибкостью и универсальностью программы, подобной CONDUCT, в которой можно задавать описание задачи и разрабатывать желательный вывод результатов посредством написания подпрограмм на языке ФОРТРАН. Конечно, нет необходимости в такой гибкости, когда программа используется для рутинных расчетов узкого класса задач. Для подобных приложений можно разработать адаптируемую часть так, чтобы она работала автоматически, просто запрашивая значения некоторых



параметров. Таким образом, CONDUCT применяется как простой в использовании набор инструментов для создания специальных программ ограниченной применимости.

Случается, что использование многоцелевой вычислительной программы для простой задачи становится обременительным, так как программа задает слишком много вопросов. Для решения необходимо знать: число зависимых переменных, изменения вязкости, теплопроводности, коэффициента диффузии, распределения источников и стоков для всех переменных, данные о граничных условиях для соответствующих уравнений и др. Некоторые специально разра-ботаные возможности CONDUCT делают программу легко применимой к решению простых задач. Эта желательная характеристика программы была достигнута за счет разумного использования «значений по умолчанию» для многих параметров и переменных. Другими словами, предполагается, что некоторые величины имеют наиболее часто встречающиеся значения, если они не переопределяются в адаптируемой части. В результате адаптируемая часть программы для простой задачи может быть очень короткой. Объем и сложность адаптируемой части увеличиваются с усложнением рассматриваемой задачи.

Разработка адаптируемой части также облегчается снабжением неизменяемой части программы большим числом общих утилит. Эти утилиты не являются существенной частью программы, но представлены для удобства пользования ею. Примерами таких утилит являются: подпрограммы для построения равномерной и неравномерной сеток и подпрограмма для вывода на печать расчетной сетки и полей переменных.

Так как удачное использование CONDUCT зависит от того, насколько правильно вы подготовите адаптируемую часть, важно полное понимание всей программы. В книге представлены все необходимые детали неизменяемой части и даны инструкции и указания для разработки адаптируемой части. Некоторые представленные варианты адаптируемой части программы (см. гл. 8, 10 и 11) служат в качестве примеров конкретного применения этих идей.

Вычислительная программа, подобная CONDUCT, может бесконечно улучшаться и модернизироваться. В этом смысле нет «совершенной» или «наилучшей» программы. То, что представлено в этой книге, является версией, которая, по моему мнению, подходит для наших целей. Но, конечно, она может быть улучшена. Полезнее, однако, понять программу такой, какая она есть, и научиться хорошо ее использовать. В дальнейшем для определенных случаев можно разработать улучшенную версию программы.





0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99