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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:/ T; q( @9 s$ p$ R

) S9 j% {& Q( u/ F7 t5 J) U; u$ P1.初始化:2 R4 q1 x- j& O4 K

* V6 ]0 F% A  [& n& ?" i- O   a = 0;1 g  `: g5 X) k9 {0 U- e( p
   b = 1;
; }; N7 ?* P6 M; ?6 h! y: ~   m = 10; % 空间划分8 j, M- G; b# G* b- p2 U5 a& ]
   T = 0.5; % 最终时间
# {5 ]5 `/ m" d7 m: g   N = 50; % 时间划分  u: S$ _" t/ T: _1 W' b
   af = 1; % 松弛因子
9 Y# ~# l; A7 H: x/ K5 _* i   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件+ f4 t4 }8 D9 _! c& E4 E$ L2 x0 E
   h = (b - a) / m;1 t$ n7 N/ V/ R, ~3 x6 G' ~" e
   k = T / N;
& k' e  f/ U+ S' N& K! t   lmd = af^2 * k / h^2;
5 m# V4 l  u' M2 K   x = linspace(a, b, m+1);
$ U4 |$ y6 X$ k* n) m1 m5 P   x = x(2:m);& W; ?0 o3 {) ~. I
   i = 1:m-1;
, s' x8 H" j: b9 ]& b   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布) k( E0 a/ _: D+ L2 Q  O
4 w+ F4 f. w- X4 e# M* P' }& n  ?& A
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。
) c- L) B8 O4 |# s# }& U3 w9 D/ X3 D. S$ }
2.隐式差分法求解:
' E! g, ^! Z: a! d* ^* i7 b; i. a. C: I8 ]0 {' k, C
   for j = 1:N
4 M6 X' ?1 |) v+ v, u       t = j * k;: c, X, T7 o: A" d! ]1 E
       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);4 @8 F' Q2 u: L+ m! L9 R
   end6 j$ {9 M% X  x5 L! q8 L; F

% E- s- p: v4 v4 P5 L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。
3 ~& S0 L6 f4 O; A+ h7 p8 w( o( r
- R; G' T2 G% J0 {3.计算精确解和误差:
8 n+ A" D9 A6 W5 J# g9 T
  }4 @( D  F) s; s. J0 q. J   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);  i2 K3 Q! k; i* C8 Y
   error = abs(u - true);3 v/ q0 r/ L" ^6 I5 B) S  d
   re = [x', u', true', error'];9 j$ a; w  |0 c. _: f

4 [5 [  N4 ^1 ~: ]: B; {3 ~5 J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。/ h0 }" T$ X. ^/ p, u$ l0 ]( @

* B2 \; [7 I0 ^8 e! y+ O. [4.输出结果:! H9 C8 F( R: |( l4 s
* F8 B1 e! t$ w# W6 k9 ~7 D; u
   re7 K, F, ~) O/ S& U7 H0 g- u
; \6 k1 ?- p. l$ 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。
, L$ E/ T$ |) ]7 b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。
* Y6 B9 [! ]3 N. K. L- }
0 x, {6 t: w, z5 |) i. U/ j2 K! R' @/ _8 ?* @. |" Z
zan
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