解線性勢流動的一種數值計算方法。它用一些形式比較簡單、而在流動區域內又滿足方程的解析函數(如位元勢流的源、匯、偶極子以及渦旋等)作為基本解,再將它們線性疊加,以滿足任意外形物體的邊界條件,從而模擬出各種具體流動的速度場。

  以位勢流動為例,格林定理和斯托克斯定理指出:擾動速度υ(P)(P為流動場中的任一點)可用流場邊界界上源、匯或偶極子的分佈來表示,而擾動速度場則線性依賴於流場邊界的源、匯或偶極子的分佈密度。因此擾動速度可以用物體表面的源、匯分佈密度求得。在一般情況下,可將物體表面分成許多連接的單元,如果單元尺度比流場特征尺度小,可以假定單元上的源、匯或偶極子的密度分佈是均勻的。這時空間任意一點P上的擾動速度υ(P)可寫成:

式中 e j( qi)為第 j個單元上分佈密度為1的源、匯或偶極子在 P點所誘導的速度; σj為該單元的分佈密度。如果物面上的單元總數為 N,則上式中隻有 N個待定系數,這些系數可以利用物面上 N個點處的邊界條件來確定,這 N個條件可寫成:

式中 Aij= n( qie j( qi); Bi=- n( qiυ n( qi)是物理面上 qi點處單位法向矢量,它指向流場內部; qi為控制點。從上述方程組中解出 σj後,即可算得擾動速度場。

  用源、匯或偶極子來求解十分方便,但這類基本解都有奇點,這些奇點可以是孤立的,也可以是分佈在某些曲面或曲線上的。在這些地方必須作一些特殊處理。

  在實際計算時,單元的分法,單元上的密度分佈形式和控制點的位置,都會直接影響到計算的準確性。如果控制點選得不當,會得到不準確甚至是荒謬的結果。目前還沒有確定控制點正確位置的嚴格理論。計算表明,對等密度分佈的單元來說,把控制點選在單元形心或單元自身誘導速度最小點處,可得到比較滿意的結果。在單元上,如采用多參數的密度分佈形式,則用較少的單元塊數也可以得到同樣精度的結果。

  有限基本解法多用於位勢繞流問題,在工程上已能成功地計算或校核復雜形狀物體上的氣動載荷,甚至可直接用來設計飛行器等的外形。這一方法近來已進一步用於研究可壓縮情況下的有限擾動問題。此外,在水工結構的載荷和油田開采等計算中也有應用。

  

參考書目

 J.L.Hess,Computer Method,Applied Mechanics and Engineering,p.145,March1975.