بيت » Courant–Friedrichs–Lewy Condition

Courant–Friedrichs–Lewy Condition

1928
  • Richard Courant
  • Kurt Friedrichs
  • Hans Lewy

The Courant–Friedrichs–Lewy (CFL) condition is a necessary stability criterion for numerical solutions of hyperbolic partial differential equations using explicit time-integration schemes. It dictates that the time step size must be small enough that information does not travel further than one spatial grid cell per time step. For a 1D case, [latex]C = u \frac{\Delta t}{\Delta x} \le C_{max}[/latex], ensuring numerical stability.

The CFL condition is a fundamental concept governing the stability of explicit time-marching numerical methods. It arises from the principle that the numerical domain of dependence of a grid point must contain the physical domain of dependence. In simpler terms, for a calculation at a grid point (i) at the next time step (n+1), the numerical scheme uses information from neighboring points at the current time step (n). The CFL condition ensures that any physical phenomenon (like a pressure wave) that could have reached point (i) in the time interval [latex]\Delta t[/latex] must have originated from within that set of neighboring points.

In the formula [latex]C = \frac{u \Delta t}{\Delta x} \le C_{max}[/latex], [latex]C[/latex] is the dimensionless Courant number, [latex]u[/latex] is the maximum wave propagation speed in the system (e.g., fluid velocity plus the speed of sound for compressible flow), [latex]\Delta t[/latex] is the time step, and [latex]\Delta x[/latex] is the grid spacing. The value of [latex]C_{max}[/latex] depends on the specific numerical scheme but is often on the order of 1. If the condition is violated ([latex]C > C_{max}[/latex]), the numerical solution becomes unstable, with errors growing exponentially, leading to a non-physical, divergent result. This imposes a severe restriction on the time step size, especially in meshes with very fine cells ([latex]\Delta x[/latex] is small), making explicit methods computationally expensive for certain problems. Implicit methods, while more complex per time step, are often unconditionally stable and not subject to the CFL constraint, allowing for much larger time steps.

UNESCO Nomenclature: 1208
– Numerical Analysis

النوع

Abstract System

Disruption

Foundational

الاستخدام

Widespread Use

Precursors

  • Finite Difference طريقة
  • Theory of Partial Differential Equations (specifically hyperbolic equations)
  • Concept of numerical stability and convergence
  • Von Neumann stability analysis

التطبيقات

  • ensuring stability in weather prediction models
  • controlling time step size in aerodynamic simulations
  • simulating wave propagation in acoustics and electromagnetics
  • financial modeling of options pricing using explicit finite difference methods
  • seismic wave modeling for oil and gas exploration
  • simulations in plasma physics and astrophysics

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: cfl condition, numerical stability, explicit method, time-marching, hyperbolic pde, courant number, time step, convergence

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Related Invention, Innovation & Technical Principles

Scroll to Top

قد يعجبك أيضاً