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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
|招呼Ta 关注Ta
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:
; m; {: @$ d! G; f* V
+ T1 l/ e; T$ g+ L6 ^" b+ |1.初始化:
+ v3 \- X! S; c9 V2 A- S! E5 {4 |* ?) C: a
   a = 0;
. S, |8 x' y8 O  L' f2 r   b = 1;9 F. q+ n9 e- x  n3 F
   m = 10; % 空间划分
9 I% z8 ?$ z, ~+ k6 U& O   T = 0.5; % 最终时间/ w/ ^5 m  Y8 B& x; Y
   N = 50; % 时间划分
: t) H; Z4 `0 l. g6 x9 M   af = 1; % 松弛因子
+ R' W8 ?1 X) f9 W   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
! ^0 ]# \" B8 y) N4 |! e$ A8 ~5 W   h = (b - a) / m;$ O& j( s- l  ?5 u. R8 L$ }5 r3 S
   k = T / N;
$ z1 e  R6 Y' d8 p   lmd = af^2 * k / h^2;0 `; N0 F2 @6 O  P4 @  u
   x = linspace(a, b, m+1);
+ |9 j) r2 }% i+ E6 ~/ l) e   x = x(2:m);3 g' g+ B/ M  |5 u+ E: s! s) L, d
   i = 1:m-1;2 l& T  m8 I! x# M8 ?( x
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布
4 z  I9 u7 q3 B; _
1 y9 c' z  L# ~  ~& r& T- @/ _9 _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。5 ~8 ~+ {4 S5 b
; O: o9 D. o( U+ J; w! s& _
2.隐式差分法求解:
$ m: S* C) h  u& p/ a0 `; U  {2 C9 e9 ]
   for j = 1:N% z$ I$ O) g1 z& k; v  Z6 N* X& L
       t = j * k;
) U+ P8 j4 T& n' I7 k# _       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);( m% I! z1 V+ ~. x) j+ V7 F
   end
( Y! j8 o- j/ z7 o! f+ U7 I; V* f2 h$ |
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。& x! O6 K1 a+ O/ Y
8 C8 q" @; H! W5 E0 g% \0 a
3.计算精确解和误差:
1 _5 U2 l4 M! Y8 M. m- G7 r9 o+ A) b+ n6 ~: `+ v( s4 u9 x
   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
1 F/ K, W* D3 _' o  p   error = abs(u - true);
* j' X$ n, x. F1 q  |# R9 S: ^   re = [x', u', true', error'];
; d) n0 r* e; _) g3 T3 A: L2 _$ c* S- @
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。
8 D4 p$ i; I/ W2 q5 g
/ ^. F6 P* |+ [: X! k( b" u4.输出结果:
; Q8 L0 y' Y8 H4 d: @/ y3 @" y/ T3 q9 a) ~) ~; y/ {, V5 E
   re
2 `: r, i8 z0 P4 Q  W  ^: x1 D8 A5 M2 b* n7 U
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。" K% ?( C) ^- {) g7 ]5 v% [" _
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。- _, W  P  `$ G0 V& ~

  ~. C1 g0 u% i2 M1 s1 I4 z3 B0 w! O$ D5 r4 ~6 c
zan
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