Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Tentamen (uitwerkingen)

Solutions Manual For Computational Fluid Dynamics For Mechanical Engineering 1st Edition By George Qin (All Chapters)

Beoordeling
5.0
(2)
Verkocht
-
Pagina's
114
Cijfer
A+
Geüpload op
25-03-2025
Geschreven in
2024/2025

Solutions Manual For Computational Fluid Dynamics For Mechanical Engineering 1st Edition By George Qin (All Chapters)

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Solutions Manual for Computational Fluid D
H H H H H




ynamics for Mechanical Engineering, 1e byG
H H H H H H




eorge Qin (All Chapters) H H H




Chapter 1 H


1. ShowHthatHEquationH(1.14)HcanHalsoHbeHwrittenHas
𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 1H𝜕𝑝
+H 𝑢H +H 𝑣H =H 𝜈H( 2 +H 2)H −H
𝜕𝑡H 𝜕𝑥H 𝜕𝑦H 𝜕𝑥 H 𝜕𝑦 𝜌H𝜕𝑥
Solution
EquationH(1.14)His
𝜕𝑢 𝜕(𝑢2) 𝜕(𝑣𝑢) 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 1H𝜕𝑝
+ + =H 𝜈H( 2H +H 2)H −H (1.13)
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜌H𝜕𝑥
TheHleftHsideHi
s

𝜕𝑢 𝜕(𝑢2) 𝜕(𝑣𝑢) 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑣
+ + = +H2𝑢 + H𝑣 + H𝑢
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑦
𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑣 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢
= +H𝑢 +H𝑣 +H𝑢H + + H𝑢 + H 𝑣
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 ( 𝜕𝑥 )H 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦
=
since 𝜕𝑦
𝜕𝑢 𝜕𝑣
+ =H 0
𝜕𝑥 𝜕𝑦
dueHtoHtheHcontinuityHequation.
2. DeriveHEquationH(1.17).
Solution:
FromHEquationH(1.14)
𝜕𝑢 𝜕(𝑢2) 𝜕(𝑣𝑢) 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 1H𝜕𝑝
+ + =H 𝜈H( 2 +H 2)H−H
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥 H 𝜕𝑦 𝜌H𝜕𝑥
Define 𝑥𝑖H 𝑡𝑈H 𝑝
𝑢H̃ H= 𝑢 ,H𝑣H̃ = 𝑣 ,H𝑥̃ =H ,H𝑡̃H =H ,H𝑝̃H =H H
𝑈 𝑈 𝑖 𝐿 𝐿 𝜌𝑈2
EquationH(1.14)Hbecomes
𝑈𝜕𝑢̃ 𝑈2 𝜕(𝑢̃2 ) 𝑈2 𝜕(𝑣̃𝑢 𝜈𝑈HHH 𝜕 2 𝑢̃ 𝜕 2 𝑢̃ 𝜌𝑈2H𝜕𝑝̃
+ + = ( +
𝐿 𝐿𝜕𝑥̃ )H− 𝜌𝐿HH 𝜕𝑥̃
𝑈 𝜕𝑡̃ 𝐿𝜕𝑦̃ 𝐿2 𝜕𝑥̃2 𝜕𝑦̃2
DividingHbothHsidesHbyH𝑈2/𝐿,HEquationH(1.17)Hfollows.

3. DeriveHaHpressureHPoissonHequationHfromHEquationsH(1.13)HthroughH(1.15):

, 𝜕2𝑝 𝜕2 𝑝 𝜕𝑢H𝜕𝑣 𝜕𝑣H𝜕𝑢
+ H =H 2𝜌H( −H )
𝜕𝑥 H 𝜕𝑦 H
2 2 𝜕𝑥H 𝜕𝑦H 𝜕𝑥H 𝜕𝑦
Solution:
𝜕𝑢 𝜕𝑣
+ =H 0 (1.13)
𝜕𝑥 𝜕𝑦
𝜕𝑢 𝜕(𝑢2) 𝜕(𝑣𝑢) 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 1H𝜕𝑝
+ + =H 𝜈H( 2H +H 2)H −H (1.14)
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜌H𝜕𝑥
𝜕𝑣 𝜕(𝑢𝑣) 𝜕(𝑣2) 𝜕2 𝑣 𝜕2 𝑣 1H𝜕𝑝
+ + =H 𝜈H( 2H +H 2)H −H (1.15)
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜌H𝜕𝑦
TakingH𝑥-derivativeHofHeachHtermHofHEquationH(1.14)HandH𝑦-
derivativeHofHeachHtermHofHEquationH(1.15),HthenHaddingHthemHup,HweHhave

𝜕 𝜕𝑢 𝜕𝑣 𝜕2(𝑢2) 𝜕2(𝑣𝑢) 𝜕2(𝑣2)
( + 𝜕𝑥 2 +HH 2
𝜕𝑡 𝜕𝑥 )H + 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦
+ H

𝜕𝑦 2
𝜕2 𝜕2 𝜕𝑢 𝜕𝑣 1H 𝜕2𝑝 𝜕2 𝑝
=H 𝜈H( 2H +H 2)H( +H )H 𝜌H +H )
𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥H 𝜕𝑦 ( 𝜕𝑥 2HH 𝜕𝑦2
DueHtoHcontinuity,HweHhav −
e
𝜕2 𝑝 𝜕2 𝑝 𝜕2(𝑢2) 𝜕2(𝑣𝑢) 𝜕2(𝑣2)
+H =H −𝜌 +H2 + ]
𝜕𝑥2H 𝜕𝑦2H 𝜕𝑥2 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦2HH
H[

=H −2𝜌(𝑢𝑥𝑢𝑥H +H𝑢𝑢𝑥𝑥H +H 𝑢𝑥𝑣𝑦H+H 𝑢𝑣𝑥𝑦H+H 𝑢𝑥𝑦𝑣H +H𝑢𝑦𝑣𝑥HH+H 𝑣𝑦𝑣𝑦H +H 𝑣𝑣𝑦𝑦)
𝜕 𝜕 𝜕𝑢 𝜕𝑣
=H −2𝜌H[(𝑢𝑥H +H𝑢H +H𝑣H )H( +H )H+H𝑢𝑦𝑣𝑥H +H𝑣𝑦𝑣𝑦]
𝜕𝑥H 𝜕𝑦 𝜕𝑥H 𝜕𝑦
𝜕𝑢H𝜕𝑣 𝜕𝑣H𝜕𝑢
=H −2𝜌(𝑢𝑦𝑣𝑥H +H 𝑣𝑦𝑣𝑦)H =H −2𝜌(𝑢𝑦𝑣𝑥H −H 𝑢𝑥𝑣𝑦)H =H 2𝜌H( −H )
𝜕𝑥H 𝜕𝑦H 𝜕𝑥H 𝜕𝑦
4. ForHaH2-DHincompressibleHflowHweHcanHdefineHtheHstreamHfunctionH𝜙H byHrequiring
𝜕𝜙 𝜕𝜙
𝑢H = ;H 𝑣H =H
𝜕𝑦 − 𝜕𝑥
WeHalsoHcanHdefineHaHflowHvariableHcalledHvorticity
𝜕𝑣 𝜕𝑢
𝜔H = −
𝜕𝑥 𝜕𝑦
ShowHthat
𝜕2𝜙 𝜕2𝜙
𝜔H =H −H( 2HH +H 2H)
𝜕𝑥 𝜕𝑦
Solution:
𝜕𝑣 𝜕𝑢 𝜕 𝜕𝜙 𝜕 𝜕𝜙 𝜕2𝜙 𝜕2𝜙
𝜔H = − = (− ( )H =H −H( +H )
)H− 𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝜕𝑥2HH 𝜕𝑦2H
𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑥

, Chapter 2
H


1. DevelopHaHsecond- onHaHnon-uniform
𝑑𝜙
orderHaccurateHfiniteHdifferenceHapproximationHforH( )
𝑑𝑥HH 𝑖
meshHusingHinformationH(𝜙H andH𝑥H values)HfromHmeshHpointsH𝑥𝑖−1,H𝑥𝑖HHandH𝑥𝑖+1.HSupposeH𝛿𝑥𝑖H =
𝑥𝑖+1H −H𝑥𝑖H =H 𝛼𝛿𝑥𝑖−1H =H 𝛼(𝑥𝑖H −H𝑥𝑖−1).

Solution:

AssumeHcloseHtoHtheH𝑖𝑡ℎH point,H𝜙(𝑥)H =H 𝜙𝑖H +H 𝑏(𝑥H −H𝑥𝑖)H+H 𝑐(𝑥H −H 𝑥𝑖)2H +H 𝑑(𝑥H −H 𝑥𝑖)3H…
nd H𝑑𝜙H=H𝑏H+H2𝑐(𝑥H−H𝑥H )H+H⋯Ha 𝑑𝜙) =H 𝑏.
Then
𝑖 (
𝑑𝑥 𝑑𝑥HH 𝑖

NowH𝜙𝑖+1H =H 𝜙(𝑥𝑖+1)H =H 𝜙𝑖H +H 𝑏(𝑥𝑖+1H −H 𝑥𝑖)H +H 𝑐(𝑥𝑖+1H −H 𝑥𝑖)2H +H⋯H =H 𝜙𝑖H +H𝑏Δ𝑥𝑖H +H 𝑐Δ𝑥2H +H 𝑑Δ𝑥3H…
𝑖 𝑖
AndH𝜙𝑖−1H =H 𝜙(𝑥𝑖−1)H =H 𝜙𝑖H +H𝑏(𝑥𝑖−1H −H 𝑥𝑖)H+H 𝑐(𝑥𝑖−1H −H 𝑥𝑖)2H +H ⋯H =H 𝜙𝑖H −H𝑏Δ𝑥𝑖−1H +H 𝑐Δ𝑥2
−H 𝑑Δ𝑥3 …
𝑖−1 𝑖−1
SoHΔ𝑥2HH 𝜙𝑖+1H−HΔ𝑥2𝜙𝑖−1H =H(Δ𝑥2 −HΔ𝑥2)𝜙𝑖H +H𝑏Δ𝑥𝑖Δ𝑥𝑖−1(Δ𝑥𝑖H +HΔ𝑥𝑖−1)H+H𝑑Δ𝑥2Δ𝑥2HH (Δ𝑥𝑖H +
𝑖−1 𝑖 𝑖−1 𝑖 𝑖 𝑖−1
Δ𝑥𝑖−1)H+H⋯
AndH𝑏H = Δ𝑥2𝑖−1
HHHH
𝜙𝑖+1−Δ𝑥2
𝑖 𝜙𝑖−1−(Δ𝑥
2HHHHHH
𝑖−1
2
𝑖 −Δ𝑥 )𝜙𝑖
−H𝑑Δ𝑥𝑖Δ𝑥𝑖−1H +H ⋯
Δ𝑥𝑖Δ𝑥𝑖−1(Δ𝑥𝑖+Δ𝑥𝑖−1)
𝑑𝜙
AH2ndHorderHfiniteHdifferenceHforH( isHtherefore
)
𝑑𝑥HH 𝑖

𝑑𝜙 H Δ𝑥𝑖−1
2HHH 𝜙𝑖+1H−HΔ𝑥2𝜙𝑖−1H−H(Δ𝑥2 −H Δ𝑥2)𝜙𝑖
𝑖 𝑖−1 𝑖 𝜙𝑖+1H +H (α2H −H 1)𝜙𝑖H−H α2𝜙𝑖−1Hα
( ) =H 𝑏H ≈ =
𝑑𝑥H𝑖 Δ𝑥𝑖Δ𝑥𝑖−1(Δ𝑥𝑖H +H Δ𝑥𝑖−1) (αH+H1)Δ𝑥𝑖−1

2. UseHtheHschemeHyouHdevelopedHforHproblemH1HtoHevaluateHtheHderivativeHofH𝜙(𝑥)H
=Hsin(𝑥H−H𝑥𝑖H +H1)H atHpointH𝑖.HSupposeHΔ𝑥𝑖−1H =H 0.02H andHΔ𝑥𝑖H =H 0.01.HCompareH
your
numericalHresultHwithHtheHexactHsolution,HwhichHisHcos(1).HThenHhalveHbothHΔ𝑥𝑖−1H andHΔ
𝑥𝑖,HandHredoHtheHcalculation.HIsHtheHschemeHtrulyHsecond-orderHaccurate?
Solution:
clear;Hclc;
dxiH=H0.01;Hdxim1H=H0.02;HalphaH=Hdxi/dxim1;Hfor
HiterH=H1H:H2
xH=H[-
dxim1,0,dxi];HphiH=Hs
in(x+1);

, dphidxH=H(phi(3)+(alpha^2-1)*phi(2)-
alpha^2*phi(1))/(alpha*(alpha+1)*dxim1);Herr(iter)H=Hdphidx-cos(1);
dxiH=Hdxi/2;Hdxim1H=Hdxim1/2;Hen
d
err(1)/err(2)


ItHisHtrulyH2nd-orderHaccurate.

3. ReproduceHtheHcalculationHpresentedHinHSectionH2.1.2HExample:HLaminarHChannelHFlow.
Solution:
% %
%HFULLY-DEVELOPEDHCHANNELHFLOW %
%HByHGeorgeHQinHforH"AHCourseHofHComputationalHFluidHDynamics"H%
%
%H
tic
clear;Hclc;
%HPARAMETERSH
HH=H1;HNH=H5;
%HFACEHLOCATIONS
yfH=Hlinspace(0,H,N+1);
%HNODEHLOCATIONS
yH=H0.5*(yf(1:end-1)+yf(2:end));
%HDELTAHY
dyH=Hyf(2)-yf(1);
%HTHEHTHREEHDIAGONALHVECTORSHINHTHEHCOEFFICIENTHMATRIX
asH=H-
(1/dy^2)*ones(1,N);HapH=H(
2/dy^2)*ones(1,N);HanH=H-
(1/dy^2)*ones(1,N);HbH =
ones(1,N);
%HSPECIALHVALUESHATHTHEHBOUNDARIESH(BOUNDARYHCONDITIONS)
%ap(1) =H3/dy^2;Has(1) =H0;
%ap(1) =H4/dy^2;Han(1)H=H-H(4/3)/dy^2;Has(1)
=H0;Hap(1) =H3/dy^2;Has(1)
=H0;Hb(1)H=H3/4;
ap(end)H=H1/dy^2;Han(end)H=H0;
%HSOLVEHTHEHSYSTEMHOFHLINEARHEQUATIONSHWITHHTDMAHALGORITHM
uH=HTDMA(as,ap,an,b);H%HthisHisHinHtheHappendixHofHtheHtextbookHtoc
%HCOMPAREHWITHHEXACTHSOLUTION
u_exactH=Hy.*(1-0.5*y);
errH=H(u_exact-u)./u_exactH*H100;
%HRECALCULATEHEXACTHSOLUTIONHVECTORHFORHPLOTTING
y_exactH=H0:0.01:1;
u_exactH=Hy_exact.*(1-
0.5*y_exact);Hplot(y_exact,u_exact,y,u,'ro')Hxlabel('$y$','FontS
ize',20,'Interpreter','Latex')Hylabel('$u$','FontSize',20,'Inter
preter','Latex')Hh_legend=legend('ExactHSolution','NumericalHSolu
tion');
set(h_legend,'FontSize',14,'Interpreter','Latex','Location','NorthWest')


4. ShowHthatHtheHmethodHusedHinHSectionH2.1.2HExample:HLaminarHChannelHFlowHisHfir
st-HorderHaccurateHbyHusingHtheHglobalHerrorHestimateHtechnique.
Solution:

TheseHfiniteHdifferenceHequationsHandHtheirHtruncationHerrorsHareHreproducedHhere:

Geschreven voor

Vak

Documentinformatie

Geüpload op
25 maart 2025
Aantal pagina's
114
Geschreven in
2024/2025
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden

Onderwerpen

$19.99
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF


Ook beschikbaar in voordeelbundel

Beoordelingen van geverifieerde kopers

Alle 2 reviews worden weergegeven
7 maanden geleden

11 maanden geleden

5.0

2 beoordelingen

5
2
4
0
3
0
2
0
1
0
Betrouwbare reviews op Stuvia

Alle beoordelingen zijn geschreven door echte Stuvia-gebruikers na geverifieerde aankopen.

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
PERFECTESTBANK Teachme2-tutor
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
8
Lid sinds
1 jaar
Aantal volgers
1
Documenten
300
Laatst verkocht
7 maanden geleden
VERIFIED TESTBANKS

Welcome to TestBanksGuru, your go-to source for high-quality test banks and study materials designed to help you excel academically. We offer a comprehensive range of resources including test banks, study guides, solution manuals, and other study materials, all meticulously curated to ensure accuracy and effectiveness. Our affordable, instantly accessible materials are complemented by excellent customer support, making your learning experience seamless and efficient. Trust Testbanksguru to be your partner in academic success, providing the tools you need to achieve your educational goals.

Lees meer Lees minder
4.7

460 beoordelingen

5
360
4
57
3
32
2
9
1
2

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen