Algoritmy pro úlohy proudění se skluzovou okrajovou podmínkou ve třech prostorových dimenzích

Vladimír Arzt

Diplomová práce

Algorithms for flow problems with stick-slip boundary conditions in three space dimensions

Anotace:

Diplomová práce se zabývá Navier-Stokesovou úlohou řešenou pomocí metody konečných prvků ve dvou a třech prostorových dimenzích. Obsahuje formulaci úlohy a její slabou formulaci se skluzovou podmínkou. Výsledná úloha obsahuje dvě nelinearity. První způsobená konvektivním členem je linearizována za pomoci Ossenových iterací a druhá způsobená přítomností nelineární skluzové podmínky je řešena semihladkou Newtonovou metodou. Je provedena kontrola konvergence Ossenových iterací ve dvou a třech dimenzích. Následují experimenty s různými typy předpodmínění BiCGstab řešiče, který je použit k řešení vnitřních úloh uvnitř Ossenových a také Newtonových iterací. Testy byly provedeny na různých oblastech s různými okrajovými podmínkami. V dodatku je popsáno odvození vektorizovaných algoritmů pro sestavení matic tuhosti a vektoru pravé strany pro Navier-Stokesovy úlohy, kde se mimo lineárních bázových funkcí používá i funkcí bublinkových.

Abstract:

The diploma thesis deals with the Navier-Stokes problem solved using the finite element method in two and three spatial dimensions. It contains the formulation of the problem and its weak formulation with a stick-slip boundary condition. The resulting problem contains two nonlinearities. The first caused by the convective term is linearized by Ossen iterations and the second caused by the nonlinear stick-slip condition is solved by the semi-smooth Newton method. The convergence of the Ossen iterations in two and three space dimensions is checked. The following are experiments with different the preconditioners of the BiCGstab solver, which is used to solve internal problems within Ossen's and also Newton's iterations. The test were performed on different domains with different boundary conditions. The appendix describes the derivation of~vectorized algorithms for the construction of stiffness matrices and the right-hand vector of the Navier-stokes problem, where in addition to the basic linear basis functions, the bubble function is also used.

Klíčová slova

metoda konečných prvků, Navier-Stokesova úloha, semihladká Newtonova metoda, skluzová okrajová podmínka

Keywords

finite element method, Navier-Stokes problem, semi-smooth Newton method, stick-slip boundary condition

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 6. 2021
• Vedoucí: Radek Kučera
• Oponent: Václav Šátek

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Výpočetní a aplikovaná matematika / Výpočetní metody a HPC