2.4.1 Finite Boxen



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2.4.1 Finite Boxen

Zur Diskretisierung der Differentialgleichungen wurde eine Finite-Boxen-Methode verwendet. Dabei wird von einem allgemeinen Gitter ausgegangen, das aus Punkten und Verbindungslinien besteht. Jedem Gitterpunkt ist eine sogenannte Box zugeordnet. Diese beschreibt den Anteil am gesamten Simulationsgebiet, der dem Gitterpunkt zugeordnet ist, das heißt, für den die Größen auf dem Gitterpunkt gelten. Das ganze Simulationsgebiet wird von den Boxen lückenlos, aber nicht überlappend, überdeckt.

Der Gitterpunkt, dem die Box zugeordnet ist, heißt Kontrollpunkt der Box und ist typischerweise nicht der geometrische Mittelpunkt der Box. Die Gitterpunkte sind numeriert, und damit auch die Boxen. In dieser Arbeit wird für die Nummer eines Gitterpunkts/einer Box immer der Index benutzt.

Genau dann, wenn zwei Boxen aneinander grenzen, enthält das Gitter eine Verbindungslinie zwischen den beiden Kontrollpunkten der Boxen. Die angrenzende Box heißt in diesem Fall Nachbarbox, ihr Kontrollpunkt heißt Nachbarpunkt. Eine Box kann beliebig viele Nachbarboxen haben. In den Gleichungen ist es oft nötig, eine Summation über Ausdrücke durchzuführen, die Werte von Größen in der Box mit den entsprechenden Werten in einer Nachbarbox verknüpfen. Die Summation ist über alle angrenzenden Boxen durchzuführen. In diesem Fall ist der Index für die jeweilige Nachbarbox gewählt, und über diesen Index läuft die Summation.

Liegt ein Gitterpunkt auf einer Grenze zwischen mehreren Segmenten, so erstreckt sich die zugeordnete Box nicht über diese Segmente. In diesem Fall wird der Gitterpunkt einem einzigen Segment zugeordnet, und auch die Box liegt nur in diesem Segment. Für die anderen Segmente gibt es je einen Gitterpunkt mit unterschiedlichem Index, aber gleichem geometrischen Ort. Jedem dieser verschiedenen Gitterpunkte ist jeweils eine Box in seinem Segment zugeordnet. Nur auf diese Weise ist es möglich, Sprünge einzelner Größen an Segmentsgrenzen korrekt zu beschreiben. Für die Behandlung von solchen Übergangspunkten ist die Bezeichnung eines gegenüberliegenden Gitterpunktes mit einer gegenüberliegenden Box notwendig; in diesen Fällen wurde für den gegenüberliegenden Punkt der Index gewählt.



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Martin Stiftinger
Fri Oct 21 18:22:52 MET 1994