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Das strukturierte Gitter

Finite-Differenzen-, Finite-Volumen- und Finite-Elemente-Methoden benötigen im Gegensatz zu Spektralverfahren eine endliche Anzahl diskreter Punkte oder Zellen, die das Rechengebiet ausfüllen und auf denen die zu lösenden Differentialgleichungen approximiert werden. Die Effizienz einer Rechnung wird maßgeblich von der Organisation und den Datenstrukturen der Punkteverteilung bestimmt. In diesem Abschnitt werden strukturierte Anordnungen unter Einführung von krummlinigen Koordinatensystemen betrachtet. Dabei wird stets vorausgesetzt, daß äußere Berandungen des physikalischen Gebietes mit einer Koordinatenlinie (2-D Fall) oder einer Koordinatenfläche (3-D Fall) zu identifizieren sind.

Die Bestimmung eines körperorientierten, krummlinigen Koordinatensystems, auf dem ein strukturierter Satz von diskreten Punkten etabliert wird, reduziert sich schließlich auf das Problem, Transformationsbeziehung x ( i ) zu finden, die die kartesischen Koordinaten x der Gitterpunkte im physikalischen Raum in Abhängigkeit der krummlinigen Koordinaten i darstellen (vergleiche Kapitel 6.1). Dazu unterscheidet man im wesentlichen algebraische Methoden, die das Netz im Gebietsinneren durch Interpolation zwischen den Randpunkten erstellen (Kapitel 6.7.2), und Methoden, die auf der Lösung elliptischer, parabolischer oder hyperbolischer Differentialgleichungssysteme basieren (Kapitel 6.8). Eine interessante Alternative zu den elliptischen Gittergenerierungsmethoden stellen Differentialgleichungssysteme dar, die aus der Formulierung geometrisch motivierter Variationsprinzipien resultieren. Die Methode der konformen Abbildung beispielsweise hat in der Geschichte der Strömungsmechanik eine bedeutende Rolle gespielt, ist heute jedoch im Zuge der numerischen Lösung der strömungsmechanischen Probleme weitgehend in den Hintergrund getreten und wird hauptsächlich noch zur Netzgenerierung um ebene Tragflügelprofile eingesetzt.

Bei komplexeren Geometrien ist es meist erforderlich, daß das Berechnungsgebiet in verschiedene Bereiche aufgeteilt wird, innerhalb derer das numerische Gitter generiert wird. Die einzelnen Bereich haben eine geometrisch einfachere Berandung und somit ist auch in diesen die Gittergenerierung leichter. Derart generierte numerische Netze werden als blockstrukturiert bezeichnet.




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