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隐式差分法来解热传导方程

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发表于 2023-12-31 16:44 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码使用了隐式差分法来解热传导方程,并与精确解进行比较。以下是对代码的解释:
) ^8 y- b6 k; ]0 [
2 @' u# Q. j2 u1 A9 H1.初始化:
* v1 f! k& c1 f. S: ?3 M3 C+ y$ h3 v! t' W- r" K
   a = 0;, L' V; t$ U7 k# O/ J
   b = 1;
" L' C. U1 `7 N% ^   m = 10; % 空间划分# y9 L! i8 o; m3 ^. ?$ @  A; O
   T = 0.5; % 最终时间% f( c3 k! l! T' [1 L! V5 s' A
   N = 50; % 时间划分
- r$ U0 {" g/ v1 @3 X: n   af = 1; % 松弛因子
8 `: X- O# W5 L; g, I   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件: u5 b# G; F/ x5 }3 `& {
   h = (b - a) / m;
" Y  a$ K( R0 M4 e8 L3 x/ x4 [   k = T / N;: c; C7 {3 X3 L0 q3 M0 R; d! r
   lmd = af^2 * k / h^2;
2 p  _  u, z- F7 S( U   x = linspace(a, b, m+1);3 f* d& a, j- [5 N4 A9 L9 l
   x = x(2:m);! {  U7 ^' |& F6 n7 F" v
   i = 1:m-1;
7 p0 A. c5 s8 A( y9 ?; Q2 U  U   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布# x4 B9 k' Q2 I. m  C4 C
. Z' Y" T' }; \3 T
在这一部分,初始化了问题的各个参数,包括空间划分 m、最终时间 T、时间步长 k、松弛因子 af 等。  Z5 k2 O" b0 A& x* m: w- W& S
" f* c, T$ C- G& K1 V4 o) ]! S
2.隐式差分法求解:
7 V1 H! N& a, s, f) R: \& H( a; m2 f/ v& [/ J
   for j = 1:N
7 a1 `6 \8 R, R3 S3 p       t = j * k;9 a% U: Q5 E7 e* D& ?& P3 s1 [, ]
       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);3 r+ \7 c: i, C4 V. j- }% H
   end" m- V) ^- a7 E+ v* ^

8 i9 ~0 O0 ~8 s这一部分使用了隐式差分法,通过求解三对角线系统 trisys 来更新温度分布 u。隐式方法具有稳定性,适用于热传导等偏微分方程问题。2 U+ \4 ~1 S/ @- a7 S+ q4 c- o" e3 I
: i9 L8 m! ^2 ~# V
3.计算精确解和误差:
9 b5 j- f7 x5 P) p, L& v$ i5 b
8 w2 ^4 @2 c' d: T$ {) ?7 _$ W8 c   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
, Z6 v/ U& S. G! ~# E' N   error = abs(u - true);8 v$ z1 S* O: s( I" O
   re = [x', u', true', error'];
! F  R7 x& v- a& Q. D2 i7 X2 ]
) q1 w1 a2 S* P' s: K* R. [5 d在最后,计算了精确解 true,并计算了数值解与精确解之间的误差。
% O2 M& }. Y! ^* C
- k" R* u* X+ @3 ?4.输出结果:! g* u% t$ I* ^9 \8 l
- {+ j, r- g) k  f* p
   re
  t3 f1 B4 f2 s
; j8 ?  ]! \$ i( r5 `: ^$ y最后,输出结果包括空间点 x、数值解 u、精确解 true 以及它们之间的误差。$ M  {  @$ a% L1 S# x0 ^1 U. e
这段代码主要用于演示隐式差分法在热传导方程问题中的应用,并通过输出结果进行验证。
3 p. y+ ]. i8 G/ y% `
' _8 m1 `8 Y3 b" k! V& s
2 z' V* m6 W6 j# v- S
zan
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