- •«Математические методы моделирования физических процессов»
- •Введение
- •Условные математические обозначения
- •Метод математического моделирования. Понятие математической модели
- •Понятие мм
- •1.2. Требования к мм
- •1.3. Классификация мм
- •2. Математические модели на микроуровне
- •2.1. Общая характеристика микромоделей
- •1.4. Информационное представление объекта
- •1.5. Методика построения математической модели
- •2.2. Подходы к решению микромоделей
- •2.3. Метод конечных разностей (мкр)
- •2.3.1. Методы конечных разностей для численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений и их систем.
- •2.3.2. Методы конечных разностей для численного решение дифференциальных уравнений с частными производными
- •2.3.2.1. Дифференциальные уравнения с частными производными и начальными условиями (задачи Коши)
- •2.3.2.2. Дифференциальные уравнения с частными производными и краевыми условиями (краевые задачи)
- •2.4. Метод конечных элементов (мкэ)
- •3. Математические модели на макроуровне
- •3.1. Общая характеристика макромоделей
- •3.2. Способы отражения структурных свойств объектов
- •3.3. Получение топологического описания на примере моделирования теплообменных комплексов
- •3.4. Решение задачи расчета стационарных режимов
- •4. Математические модели на метауровне. Общая схема преобразования моделей
- •4.1. Метамодели объектов теории автоматического управления
- •4.2. Метамодели объектов теории массового обслуживания
- •4.3. Моделирование на мета уровне на примере расчета устойчивости системы автоматического управления теплообменника
- •Общая схема преобразования мм
- •5. Решение систем алгебраических уравнений
- •6. Интерполяция и аппроксимация данных
- •7. Многовариантный анализ
- •Библиографический список
- •Содержание
Условные математические обозначения
1. СКАЛЯР (от лат. scalaris - ступенчатый) (скалярная величина), величина, каждое значение которой (в отличие от вектора) может быть выражено одним (действительным) числом (тензор нулевого порядка), вследствие чего совокупность значений скаляра можно изобразить на линейной шкале (scale – отсюда название). Длина, площадь, время, температура и т. д. - скалярные величины.
2. Скалярная функция Ф(x,y,z) – ставит в соответствие каждому набору значений скалярных аргументов x,y,z единственное действительное значение Ф (скаляр).
3.
Векторная функция
(x,y,z)
– ставит в соответствие каждому
набору значений скалярных аргументов
x,y,z
вектор
=(Fx,
Fy,
Fz
).
4.
Оператор
,
называемый градиент Набла, или оператор
Набла, представляет собой частную
производную для некоторого параметра
относительно всех направлений в выбранной
системе координат. В декартовых
координатах
определен, как
,
где
проявляется
несколькими способами:
4.1. Градиент скалярной функции Ф – это векторная функция (тензор первого порядка - вектор), составляющие элементы значения которой есть частные производные
.
4.2.
Градиент
векторной функции
– это тензор
второго порядка -двумерная матрица,
например, в декартовых координатах

4.3.
Дивергенция
векторной функции
– это скалярная функция (тензор
нулевого порядка - скаляр),
которая является результатом скалярного
произведения между
и вектором
.
4.4.
Ротор
векторной функции
– это векторная функция (тензор
первого порядка –
вектор),
которая является результатом векторного
произведения между
и вектором
.
5.
Оператор
(или
,
иногда обозначается ∆), называемый
оператором Лапласа (лапласиан), и
выражается в декартовых прямоугольных
координатах формулой:
.
Этот
оператор может быть применен к
скалярным Ф и векторным
функциям с помощью скалярного умножения.
5.1. Оператор Лапласа скалярной функции Ф это скалярная величина
,
отличается
от
![]()
.
5.2.
Оператор
Лапласа векторной функции
– это вектор
.
6.
Полная
производная скалярной функции Ф(x,y,z)
по времени
t
– это скорость ее изменения по
отношению к параметру t,
если координаты есть функции от времени
x=x(t),
y=y(t),
z=z(t),
а
скорости их изменения во времени:
.
7. Полная (субстанциональная) производная скалярной функции Ф(x,y,z,t) когда Ф явно зависит от t :
.
8.
Полная
(субстанциональная) производная
векторной функции
(x,y,z,t)
когда
явно зависит от t
:
.
9. Прочие обозначения:
– удельная
массовая теплоемкость при постоянном
давлении, Дж/(кг К);
Е – энергия, Дж;
F – площадь, м2;
G – массовый расход, кг/с;
H – энтальпия, Дж;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/( м2 К);
L – работа, Дж;
N – мощность, Вт;
Р – давление, Па;
Q – количество теплоты, Дж;
q – удельный тепловой поток, Вт/ м2;
R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг К);
Re – число Рейнольдса,
St – число Стантона;
Т – температура, К;
t – время, с;
U – внутренняя энергия, Дж;
V – объём, м3;
x, y, z – декартовы координаты;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/( м2 К);
η – коэффициент полезного действия (КПД);
λ – теплопроводность, Вт/( м К);
μ – динамическая вязкость, Па с;
ν – кинематическая вязкость, м2/с;
ξ – коэффициент потерь на трение;
π – степень повышения (понижения) давления;
ρ – плотность, кг/м3;
