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Couette流动的C++程序代码
2023-06-30 11:10:16 深夜i     --     --
Couette流动 C++程序代码 Viscous流动 Navier-Stokes方程 数值方法

Couette流动是指由两个平行的平面板组成的一种流动情况,其中一个平面板保持不动,称为固壁,而另一个平面板沿着它的表面匀速移动,称为移动壁。这种流动情况在工程和物理领域中有广泛的应用,如研究液体流通的性质和空气在航空器表面的流动。

对于Couette流动,我们可以使用C++来编写程序进行模拟和研究。以下是一个简单的C++程序,用于模拟Couette流动。


#include <iostream>

#include <cmath>

#include <fstream>

using namespace std;

int main()

{

  //定义一些常量

  const int N = 200; //将方盘分为N份

  const double h = 0.01; //每个小方块的长度

  const double dt = 0.1; //时间步长

  const double cs = 1.0; //波速

  //定义变量

  double u[N+1], u_old[N+1]; //u表示流动的速度,u_old表示上一时刻的速度

  double x[N+1]; //表示平板上的位置

  double t = 0.0; //表示时间

  //设置初始条件

  for (int i=0; i<=N; i++)

  {

    x[i] = i*h; //确定每个小方块的位置

    u[i] = 0.0; //初始速度为0

    u_old[i] = 0.0;

    if (x[i]>=0.4 && x[i]<=0.6)

    {

      u[i] = 1.0; //固壁的速度为1

      u_old[i] = 1.0;

    }

  }

  //开始模拟

  while (t<=10.0)

  {

    for (int i=1; i<=N-1; i++)

    {

      u[i] = u_old[i] - cs*dt/h*(u_old[i]-u_old[i-1]); //使用差分公式计算速度

    }

    for (int i=0; i<=N; i++)

    {

      u_old[i] = u[i]; //将速度值保存到u_old数组中

    }

    t += dt; //更新时间

    //将结果写入文件

    ofstream outfile;

    outfile.open("couette_flow.txt", ios::app);

    outfile << t << " ";

    for (int i=0; i<=N; i++)

    {

      outfile << u[i] << " ";

    }

    outfile << endl;

    outfile.close();

  }

  return 0;

}

上述程序使用了有限差分法来计算速度分布。在这个程序中,我们将平板分成N份,每份长度为h,时间步长为dt。定义了一个数组u来表示流动的速度,数组x用来表示平板上的位置。程序在每个时间步长中计算速度分布,并将结果写入一个文件中,方便后续分析。在主循环中,我们使用了一个while循环来模拟流动,并在每个时间步长中更新速度分布和时间值。

可以根据实际需要对程序进行修改和扩展。例如,在程序中加入更多的物理参数,或修改边界条件等。通过模拟Couette流动,我们可以更好地了解流体的流动行为,并且可以提供一些有用的参考数据来验证理论模型和数值模拟的准确性。

  
  

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