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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:" J4 M, F& O% m; H: j+ P, w
8 h/ ^& h" @0 w1 l* O7 F
1.初始化:& u0 O" R6 ]  Y/ O- b( c& k8 {

# v0 d) z* E; U, g   a = 0;
3 P9 F# t0 v3 F* s- P   b = 1;) p* k* D4 L+ ~
   m = 10; % 空间划分
: |2 \. T! w- |1 ^   T = 0.5; % 最终时间
$ A* y% \( {  j   N = 50; % 时间划分
! @# i& W5 X5 Q' `9 m$ {   af = 1; % 松弛因子
: k' L% `3 E1 J  a2 |) s2 ]% n* |   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
! j+ C# \, {0 `* w1 f   h = (b - a) / m;
( K# D: }* c4 N) m0 X   k = T / N;. V0 @- [" q. N- O0 ?
   lmd = af^2 * k / h^2;* Y. R! Q& t7 K0 S% e, A$ h& V
   x = linspace(a, b, m+1);
7 t1 _2 b' a0 U' |* R   x = x(2:m);
+ M* H! V2 g+ a7 |5 r' L) O- a   i = 1:m-1;( z! D/ H; Q  U  E8 W; H6 g, l
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布
7 c7 X0 w' A" s  J7 [- m# v  n8 U, p( F6 }* e/ z
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。4 p' b+ h. U. E4 y  i$ g* ^1 k

. F  y( f( ^9 J. G2.隐式差分法求解:
0 T9 O3 t/ @' ~! V& i! S* e. H! {7 g( q
   for j = 1:N: o0 I# g5 n5 d) R0 e
       t = j * k;
; ?/ [: B$ k3 M( Z       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);3 \/ E( [4 ]* ~; N: f4 y
   end; Q: Z$ n4 _! I5 D
' y  n- A+ \4 n% g9 Q, h/ e
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。1 ?/ h9 R: D% v0 Z; }( t( B( h

. W" y& ~& w0 {* P4 `8 h3.计算精确解和误差:* p; J9 _/ \9 J9 m
4 a% B  M0 ]$ E) r
   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
- i5 g, V$ J& H- h3 ?! U2 a   error = abs(u - true);
. L* S0 Y8 o' N& w   re = [x', u', true', error'];) n/ f; Q2 G; h$ I' K$ c
" x( Z6 T2 O+ }
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。
, a5 s: U7 h' [
+ W5 B8 a6 {( w8 M$ U% B4.输出结果:; J" m/ g5 x8 t. _

9 L% ~* I2 E3 l$ x   re# x6 o9 m4 y; |

  K3 ~" q: h3 H6 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。
5 k. w+ \( \% M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。% r. S& m9 G6 R; A( n" J. x2 {  W1 a
+ M6 b0 }: K& y/ S! R% J
$ O5 I5 Y# _" ~5 I7 ]
zan
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