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Das dynamisch adaptive Gitter

Wir benötigen Rechengitter zur Beschreibung von Strömungsgebieten (Außenströmungen, also Tragflügelumströmungen usw. sowie Innenströmungen, d.h. Stufen, Kanäle etc.), auf denen wir dann die diskretisierten Strömungsgleichungen lösen. Da mit wachsender Punkteanzahl sowohl Rechenzeit als auch Speicherbedarf stark ansteigen, wird man versuchen, mit möglichst wenigen Punkten auszukommen. Auf der anderen Seite müssen bestimmte Bereiche des Strömungsgebietes aus verschiedenen Gründen fein aufgelöst werden, wie z.B. wandnahe Bereiche bei viskosen Strömungen oder Gegenden mit starken Gradienten in der Strömung (Verdichtungsstöße).

Bei praktischen Strömungsrechnungen wird man von einer bestimmten maximalen Punkteanzahl zur Diskretisierung des Rechengebietes ausgehen. Diese Punkteanzahl richtet sich in erster Linie nach dem zur Verfügung stehenden Arbeitsspeicher oder einer Kombination aus Speicherbedarf und Rechenzeit (aus diesen Größen werden bei Hochleistungsrechnern, wie z.B. den Cray's am ZIB, Prioritäten zur Nutzung der CPU's berechnet; je weniger Kapazitäten ein Rechenlauf beansprucht, desto höher ist die Priorität).

Eine optimale Punkteverteilung ist bei der Auslegung des Rechengitters nicht ohne weiteres möglich; so weiß man z.B. die Lage eines Verdichtungsstoßes auf einem Tragflügel im allgemeinen nicht im voraus. Man könnte nun einen Rechenlauf mit einem beliebigen Gitter starten, das Gitter 'von Hand' an die Lösung anpassen, erneut rechnen etc. Diese Methode ist relativ aufwendig und, wenn überhaupt, nur bei stationären Problemen in vertretbarer Zeit durchführbar. Wesentlich eleganter und effizienter wäre eine Methode, bei der das Gitter automatisch und während der Rechnung verändert wird. Im folgenden sollen Adaptionskriterien und -techniken vorgestellt werden.


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Benjamin Gilde
Sat Dec 16 15:24:45 CET 2000