Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Lar » Condição Courant-Friedrichs-Lewy

Condição Courant-Friedrichs-Lewy

1928
  • Richard Courant
  • Kurt Friedrichs
  • Hans Lewy
Estação de trabalho de simulação de dinâmica de fluidos computacional demonstrando a condição CFL na análise numérica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A condição de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) é um critério de estabilidade necessário para soluções numéricas de equações hiperbólicas. diferencial parcial equações usando esquemas explícitos de integração temporal. Isso determina que o tamanho do passo de tempo deve ser pequeno o suficiente para que a informação não viaje além de uma célula da grade espacial por passo de tempo. Para um caso 1D, [latex]C = u frac{Delta t}{Delta x} le C_{max}[/latex], garantindo estabilidade numérica.

A condição CFL é um conceito fundamental que rege a estabilidade de métodos numéricos explícitos de integração temporal. Ela surge do princípio de que o domínio numérico de dependência de um ponto da grade deve conter o domínio físico de dependência. Em termos mais simples, para um cálculo em um ponto da grade (i) no próximo passo de tempo (n+1), o esquema numérico utiliza informações de pontos vizinhos no passo de tempo atual (n). A condição CFL garante que qualquer fenômeno físico (como uma onda de pressão) que possa ter atingido o ponto (i) no intervalo de tempo Δt deve ter se originado dentro desse conjunto de pontos vizinhos.

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
Análise Numérica

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Método das Diferenças Finitas
  • Teoria das Equações Diferenciais Parciais (especificamente equações hiperbólicas)
  • Conceito de estabilidade numérica e convergência
  • Análise de estabilidade de Von Neumann

Aplicações

  • Garantir a estabilidade dos modelos de previsão meteorológica
  • Controle do tamanho do passo de tempo em simulações aerodinâmicas
  • Simulação da propagação de ondas em acústica e eletromagnetismo
  • Modelagem financeira da precificação de opções usando métodos explícitos de diferenças finitas
  • Modelagem de ondas sísmicas para exploração de petróleo e gás
  • simulações em física de plasmas e astrofísica

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

Devido ao tráfego de bots de coleta de dados, atualmente superior a 40 mil por dia, este conteúdo é reservado aos membros da comunidade.
> Login < ou > Registrar < (100% gratuito) para acessar isso, assim como todo o restante do conteúdo e das ferramentas restritas.

Relacionado a: condição cfl, estabilidade numérica, método explícito, integração temporal, EDP hiperbólica, número de Courant, passo de tempo, convergência.

Contexto histórico

Condição Courant-Friedrichs-Lewy

1911
1922
1925
1928
1930
1936
1940
1903
1914
1924
1925
1930
1931
1939
1940

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

Imagens em tamanho real e downloads estão disponíveis apenas, 100% gratuitos, para membros registrados.