ENE-4202a

Méthodes numériques pour l'Énergétique et la Thermique

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Deux méthodes explicites de Runge-Kutta

On a introduit en cours la famille de schéma de Runge-Kutta, qui s’écrivent sous la forme (\(s > 0\)) :

\[y _ {n + 1} = y_n + \tau \sum_{i = 1} ^ s b_i k_i,\]

\[\forall i = 1, 2\cdots, s, \quad k_i = f \left ( t_n + c_i \tau, y _ n + \tau \sum_{j = 1} ^ s a_{ij} k_j \right ).\] \[A_2 = \left ( \begin{matrix} 0 & 0 \\ 1 / 2 & 0 \end{matrix} \right ), \quad b_2 = \left ( \begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix} \right ) \quad \mathrm{et} \quad c_2 = \left ( \begin{matrix} 0 \\ 1 / 2 \end{matrix} \right ).\] \[A_4 = \left ( \begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 / 2 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 / 2 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{matrix} \right ), \quad b_4 = \left ( \begin{matrix} 1 / 6 \\ 1 / 3 \\ 1 / 3 \\ 1 / 6 \end{matrix} \right ) \quad \mathrm{et} \quad c_4 = \left ( \begin{matrix} 0 \\ 1 / 2 \\ 1 / 2 \\ 1 \end{matrix} \right ).\]

Le problème de Blasius

Le problème de Blasius décrit l’écoulement stationnaire et incompressible en 2 dimensions dans la couche limite se formant sur une plaque plane semi-infinie parallèle à l’écoulement.

Il s’écrit sous la forme d’un problème aux limites :

\[u''' \left ( x \right ) + u \left ( x \right ) u'' \left ( x \right ) = 0\]

où la variable dépendante \(u\) vérifie les conditions aux limites

\[\left \{ \begin{aligned} u \left ( 0 \right ) & = 0, \\ u' \left ( 0 \right ) & = 0, \\ u' \left ( \infty \right ) & = 1. \end{aligned} \right .\] \[\begin{aligned} \overline{u} & \leftarrow c u, \\ \overline{x} & \leftarrow x / c. \end{aligned}\]

\(\overline{u}\) est donc soumis à la même équation que \(u\), à l’exception de la condition en \(\infty\) qui est remplacée par :

\[\overline{u}'' \left ( 0 \right ) = 1.\]

On définit alors

\[\alpha = \overline{u}' \left ( \infty \right ).\] \[u' \left ( \infty \right ) = 1.\]