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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:
5 g/ c1 ]6 y& e/ p; h6 O( L0 A; |
1.初始化:
7 @2 ~9 ^! [, N. t) k7 V3 a6 g6 e' ~
7 r! N, p, ^  K$ }* P- N+ D   a = 0;
6 E+ j) J) |! [. j$ ]   b = 1;
# ^) v; t  Y# ]   m = 10; % 空间划分
8 t9 \& I6 ^  v0 t4 y9 D! j7 x! s   T = 0.5; % 最终时间
" j; w' y0 ]4 T   N = 50; % 时间划分
. c) q- n; }$ z$ h- n6 A   af = 1; % 松弛因子5 c: g4 b/ M' E( y) e& A
   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
- G) U: f; ~1 b6 ]! L- v+ v   h = (b - a) / m;
# H# M/ e: @- a. l5 m   k = T / N;
6 q* p1 d# l0 V8 z$ w   lmd = af^2 * k / h^2;
& R3 t+ U3 f' ^) {, O   x = linspace(a, b, m+1);
7 C2 T5 M3 b$ q& K: U; t9 h2 F, M! i   x = x(2:m);
8 r1 S9 T' M8 w/ Z' m) e   i = 1:m-1;" p) b0 z! w/ j7 {$ t) G8 j  m
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布
4 U: P3 T+ h, C( H
9 m7 a; G2 @2 F* S' i3 S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。# }9 B0 b/ J  W/ w8 V% K* o
# L6 ]' ]* Z2 f' u, X9 \
2.隐式差分法求解:
, p' V0 M# l* h; e# G+ |
* x6 i/ D2 D: W% P   for j = 1:N
3 f. Y' ?; u- K& G7 U       t = j * k;6 J( L. g6 ?) \" @- ^  m# q  n
       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);
' G, z" B# V; K7 U   end
! l$ O2 P' ^7 `' _; B$ \  D
' k( Q- d4 r# W' O! y& K$ T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。: j7 Q- x: w5 n7 k

* A7 A% `- \0 c4 Q& j3.计算精确解和误差:- I- f5 G& L/ \

0 P: X- Y9 n) _$ {. i7 n& l" ?1 m( e   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);7 Z4 r* x! X' O8 {5 N
   error = abs(u - true);
% a# |% m% @9 B; D- r) h   re = [x', u', true', error'];9 Y7 b* [) r; {

* R( p& X+ w6 f  y$ R3 q, j$ g/ 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。) P/ E2 s' y5 I2 N% q, C/ H4 p

! I/ j: H! C0 \4.输出结果:. d+ k+ Z/ L1 u* w3 y
0 C+ Q# e' U6 S% @
   re* x; {# B* A4 b8 ]3 y
+ O8 R7 g2 p) r; ?# l0 P
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。
1 M' Y  X7 a6 E8 p5 t+ Z, m2 X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。5 D1 Z& l( H9 s( r4 k$ h
0 p: Y4 c' M7 V) v8 |+ v' Q, k% \
8 \% D! v4 Z  N$ O6 M# P, F0 w
zan
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