Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » طريقة الحجم المحدود (FVM)

طريقة الحجم المحدود (FVM)

1980
  • Suhas V. Patankar (popularized)
Computational fluid dynamics workspace showcasing finite volume method simulation for aerospace engineering.

(صورة توضيحية فقط)

The Finite Volume Method (FVM) is a dominant numerical technique in CFD for solving partial differential equations. It discretizes the domain into a mesh of control volumes and applies the governing equations in their integral form to each volume. By converting volume integrals to surface integrals using the divergence theorem, it focuses on calculating the flux of conserved properties across cell faces.

The Finite Volume Method’s strength lies in its approach to discretization, which is particularly well-suited for fluid dynamics problems governed by conservation laws. The process begins by dividing the geometric domain into a set of non-overlapping control volumes, or cells, which collectively form a mesh. The governing partial differential equations are then integrated over each of these control volumes.

A key step is the application of the Gauss-Divergence theorem, which transforms volume integrals of divergence terms into surface integrals of fluxes across the cell boundaries. For a generic conserved scalar [latex]\phi[/latex], the conservation equation in integral form is [latex]\frac{\partial}{\partial t} \int_V \phi dV + \oint_S \mathbf{F} \cdot d\mathbf{S} = \int_V Q dV[/latex], where [latex]\mathbf{F}[/latex] is the flux vector and [latex]Q[/latex] is a source term. The FVM discretizes this exact equation, approximating the surface and volume integrals. The flux across each face is calculated, often using interpolation schemes to find the value of [latex]\phi[/latex] at the cell face from the values stored at the cell centers.

يضمن هذا النهج القائم على التدفق الحفاظ التام على الكمية φ على المستوى المنفصل، سواءً على المستوى المحلي لكل خلية أو على المستوى الكلي للمجال. تُعدّ خاصية الحفظ الدقيق هذه ميزةً رئيسيةً مقارنةً بطرقٍ مثل طريقة الفروق المحدودة، وتجعل طريقة الحجم المحدود (FVM) قويةً وواقعيةً من الناحية الفيزيائية، لا سيما عند التعامل مع الصدمات أو التدرجات الحادة في التدفق. كما أنها تتميز بالمرونة في التعامل مع الشبكات غير المنتظمة، الضرورية لنمذجة الأشكال الهندسية المعقدة.

UNESCO Nomenclature: 1208
– Numerical Analysis

يكتب

Software/Algorithm

خلل

Substantial

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • حساب التكامل ونظرية تباعد جاوس
  • طريقة الفروق المحدودة (FDM)
  • مفهوم قوانين الحفظ في الفيزياء
  • الأعمال المبكرة حول الحلول العددية للمعادلات التفاضلية الجزئية التي أجراها كورانت وفريدريكس وليوي
  • تطوير تقنيات الشبكات غير المنظمة

التطبيقات

  • هندسة الطيران للديناميكا الهوائية الخارجية
  • تصميم السيارات لتقليل السحب والتبريد
  • تصميم وتحليل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
  • chemical process engineering for reactor modeling
  • الهندسة البيئية لتشتت الملوثات في الهواء والماء
  • تحليل انتقال الحرارة في الإلكترونيات

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • FVM التكيفي لمحاكاة التشقق وفشل المواد في المواد الصلبة
  • نمذجة تحلل إلكتروليت البطارية باستخدام نموذج متعدد المراحل
  • fvm-based digital twins for entire manufacturing plants
  • محاكاة نقل العناصر الغذائية في أنظمة الزراعة الرأسية
  • نمذجة تدفق المواد الحبيبية في تصنيع الأدوية
  • التنبؤ بتآكل السواحل باستخدام نماذج FVM المرتبطة بالسوائل والرواسب
  • تحسين أنظمة التبريد لأجهزة الكمبيوتر الكمومية
  • محاكاة الديناميكيات الداخلية للنجوم والمستعرات العظمى
Related to: finite volume method, fvm, discretization, cfd, numerical analysis, conservation law, divergence theorem, mesh.

السياق التاريخي

طريقة الحجم المحدود (FVM)

1970
1970
1973
1980
1980
1980
1980
1970
1970
1970-01-01
1975-06-01
1980
1980
1980
1982-07-01

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.