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Die Konvektions - Diffusionsgleichung
Gleichung in 1D
Diffusion Konvektion
Verhältnis: Diffusion / Konvektion
Gleichung in 1D
Konvektion wichtig!
Exakte Lösung:
Exakte Lösung
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
w = 1
Exakte Lösung
w = 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 20
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 30
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 50
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Exakte Lösung
w = 100
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y !!!
Finite Differenzen
Finite Differenzen
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
x
y
Ohne Upwinding
Exakt
Numerisch
w = 100, h = 1/31
Wieso Oszillationen?
Upwinding
Nutze lieber
Strömung von links nach rechts Information von links nach rechts
Vorher:
Ergebnis
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
Mit Upwinding
Exakt
Numerisch
w = 100, h = 1/31
FEM
Suche u in so, dass
Matrix
Elementmatrix:
FEM - Plot
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
x
y
Numerische Loesung
w = 100, h = 1/31 äquidistant
Oszillationen
Fehlerabschätzung:
„Grid Peclet Number“
mit C unabhängig von h
Upwinding FEM
FD – Upwind
Approximation u‘‘
Zentral-approximation u‘
Upwinding FEM
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x
y
kappa
new kappa
FEM mit Upwinding
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
x
y
Numerische Loesung
w = 100, h = 1/31 äquidistant
