Datei:VortexStreetAnimation DifferentShapes.gif
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VortexStreetAnimation_DifferentShapes.gif (768 × 444 Pixel, Dateigröße: 9,27 MB, MIME-Typ: image/gif, Endlosschleife, 81 Bilder, 8,1 s)
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LernweltNOAH fragenBeschreibung
| BeschreibungVortexStreetAnimation DifferentShapes.gif |
English: When a fluid flows slowly enough it can smoothly move around an obstacle, but when the speed increases the flow becomes turbulent.
How fast you can go before you get turbulences, and how severe they are depends a lot on the shape of the obstacle. Color is modulus of the velocity, arrows show direction. |
| Datum | |
| Quelle | https://twitter.com/j_bertolotti/status/1244226965508407296 |
| Urheber | Jacopo Bertolotti |
| Genehmigung (Weiternutzung dieser Datei) |
https://twitter.com/j_bertolotti/status/1030470604418428929 |
| GIF‑Erstellung InfoField |
Mathematica 12.0 code
(*Basic code from https : // www.wolfram.com/language/12/nonlinear-finite-elements/transient-navier-stokes.html*)
w = 2.2; h = 0.41; (*Sizes*)
geometry1 = RegionDifference[Rectangle[{0, 0}, {w, h}], Disk[{2/5, 1/5}, 1/20]];
BoundaryDiscretizeRegion[geometry1]
eq = {
\[Rho]
\!\(\*SuperscriptBox[\(u\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"1", ",", "0", ",", "0"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x,
y] + \[Rho] {u[t, x, y], v[t, x, y]}.Inactive[Grad][
u[t, x, y], {x, y}] +
Inactive[Div][(-\[Mu] Inactive[Grad][u[t, x, y], {x, y}]), {x,
y}] +
\!\(\*SuperscriptBox[\(p\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"0", ",", "1", ",", "0"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x, y], \[Rho]
\!\(\*SuperscriptBox[\(v\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"1", ",", "0", ",", "0"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x,
y] + \[Rho] {u[t, x, y], v[t, x, y]}.Inactive[Grad][
v[t, x, y], {x, y}] +
Inactive[Div][(-\[Mu] Inactive[Grad][v[t, x, y], {x, y}]), {x,
y}] +
\!\(\*SuperscriptBox[\(p\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"0", ",", "0", ",", "1"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x, y],
\!\(\*SuperscriptBox[\(u\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"0", ",", "1", ",", "0"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x, y] +
\!\(\*SuperscriptBox[\(v\),
TagBox[
RowBox[{"(",
RowBox[{"0", ",", "0", ",", "1"}], ")"}],
Derivative],
MultilineFunction->None]\)[t, x, y]} /. {\[Mu] -> 10^-3, \[Rho] -> 1};
tmax = 12; (*maximum time for the simulation*)
flow[t_] := 1/(1 + Exp[-1.6 (t - 5.5)]); (*how fast the input velocity rises*)
(*boundary conditions*)
inflowBC = DirichletCondition[{u[t, x, y] == flow[t]*4*1.5*y*(h - y)/h^2, v[t, x, y] == 0}, x == 0];
outflowBC = DirichletCondition[p[t, x, y] == 0., x == w];
wallBC = DirichletCondition[{u[t, x, y] == 0, v[t, x, y] == 0}, 0 < x < w];
bcs = {inflowBC, outflowBC, wallBC};
ic = {u[0, x, y] == 0, v[0, x, y] == 0, p[0, x, y] == 0};
(*Solve*)
Monitor[AbsoluteTiming[{xVel1, yVel1, pressure1} = NDSolveValue[{eq == {0, 0, 0}, bcs, ic}, {u, v, p}, {x, y} \[Element] geometry1, {t, 0, tmax}, Method -> {"PDEDiscretization" -> {"MethodOfLines", "SpatialDiscretization" -> {"FiniteElement", "InterpolationOrder" -> {u -> 2, v -> 2, p -> 1}, "MeshOptions" -> {"MaxCellMeasure" -> 0.0005}}}}, EvaluationMonitor :> (currentTime = Row[{"t = ", CForm[t]}])];], currentTime]
centre = 1/5; l = 1/20;
geometry2 = RegionDifference @@ (BoundaryDiscretizeRegion /@ {Rectangle[{0, 0}, {w, h}], Rectangle[{2 centre - l, centre - l}, {2 centre + l, centre + l}] })
Monitor[AbsoluteTiming[{xVel2, yVel2, pressure2} = NDSolveValue[{eq == {0, 0, 0}, bcs, ic}, {u, v, p}, {x, y} \[Element] geometry2, {t, 0, tmax}, Method -> {"PDEDiscretization" -> {"MethodOfLines", "SpatialDiscretization" -> {"FiniteElement", "InterpolationOrder" -> {u -> 2, v -> 2, p -> 1}, "MeshOptions" -> {"MaxCellMeasure" -> 0.0005}}}}, EvaluationMonitor :> (currentTime = Row[{"t = ", CForm[t]}])];], currentTime]
geometry3 = RegionDifference @@ (BoundaryDiscretizeRegion /@ {Rectangle[{0, 0}, {w, h}], ParametricRegion[0.065 {r Cos[t], r Sin[t] Sin[t/2]^1} + {0.415, 1/5}, {{t, 0, 2 \[Pi]}, {r, 0, 1}}]})
Monitor[AbsoluteTiming[{xVel3, yVel3, pressure3} = NDSolveValue[{eq == {0, 0, 0}, bcs, ic}, {u, v, p}, {x, y} \[Element] geometry3, {t, 0, tmax}, Method -> {"PDEDiscretization" -> {"MethodOfLines", "SpatialDiscretization" -> {"FiniteElement", "InterpolationOrder" -> {u -> 2, v -> 2, p -> 1}, "MeshOptions" -> {"MaxCellMeasure" -> 0.0005}}}}, EvaluationMonitor :> (currentTime = Row[{"t = ", CForm[t]}])];], currentTime]
p0 = Table[
GraphicsColumn[{
Show[
DensityPlot[Norm[{xVel2[t, x, y], yVel2[t, x, y]}]/2, {x, 0, 2.2}, {y, 0, 0.41}, PlotPoints -> 50, PlotRange -> {0, 2.1}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None, ColorFunction -> "TemperatureMap", ColorFunctionScaling -> False]
,
VectorPlot[{xVel2[t, x, y], yVel2[t, x, y]}, {x, 0.05, 2.15}, {y, 0.02, 0.4}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None, VectorStyle -> Black]
,
Graphics[{White, Rectangle[{2 centre - l, centre - l}, {2 centre + l, centre + l}] }]
]
,
Show[
DensityPlot[Norm[{xVel1[t, x, y], yVel1[t, x, y]}]/2, {x, 0, 2.2}, {y, 0, 0.41}, PlotPoints -> 50, PlotRange -> {0, 2.1}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None, ColorFunction -> "TemperatureMap",
ColorFunctionScaling -> False]
,
VectorPlot[{xVel1[t, x, y], yVel1[t, x, y]}, {x, 0.05, 2.15}, {y, 0.02, 0.4}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None, VectorStyle -> Black]
,
Graphics[{White, Disk[{2/5, 1/5}, 1/20], Black, Circle[{2/5, 1/5}, 1/20]}]
]
,
Show[
DensityPlot[Norm[{xVel3[t, x, y], yVel3[t, x, y]}]/2, {x, 0, 2.2}, {y, 0, 0.41}, PlotPoints -> 50, PlotRange -> {0, 2.1}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None, ColorFunction -> "TemperatureMap",
ColorFunctionScaling -> False]
,
VectorPlot[{xVel3[t, x, y], yVel3[t, x, y]}, {x, 0.05, 2.15}, {y, 0.02, 0.4}, AspectRatio -> Automatic, Frame -> None]
,
ParametricPlot[0.065 {r Cos[\[Tau]], r Sin[\[Tau]] Sin[\[Tau]/2]^1} + {0.415, 1/5}, {\[Tau], 0, 2 \[Pi]}, {r, 0, 1}, Frame -> None, Background -> None, Axes -> False, PlotStyle -> {Directive[White, Opacity[1]]}, Mesh -> None, Epilog -> {White, Thick, Line[{{0.4, 1/5}, {0.479, 1/5}}]}]
]
}, ImageSize -> Large]
, {t, 3, 11, 0.1}];
ListAnimate[p0]
Lizenz
Ich, der Urheber dieses Werkes, veröffentliche es unter der folgenden Lizenz:
| Diese Datei wird unter der Creative-Commons-Lizenz CC0 1.0 Verzicht auf das Copyright zur Verfügung gestellt. | |
| Die Person, die das Werk mit diesem Dokument verbunden hat, übergibt dieses weltweit der Gemeinfreiheit, indem sie alle Urheberrechte und damit verbundenen weiteren Rechte – im Rahmen der jeweils geltenden gesetzlichen Bestimmungen – aufgibt. Das Werk kann – selbst für kommerzielle Zwecke – kopiert, modifiziert und weiterverteilt werden, ohne hierfür um Erlaubnis bitten zu müssen.
http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.enCC0Creative Commons Zero, Public Domain Dedicationfalsefalse |
Kurzbeschreibungen
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When a fluid flows slowly enough it can smoothly move around an obstacle, but when the speed increases the flow becomes unstable.
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29. März 2020
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| aktuell | 14:58, 30. Mär. 2020 | 768 × 444 (9,27 MB) | wikimediacommons>Berto | Uploaded own work with UploadWizard |
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