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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:" V6 R$ ]$ P( q' T' k7 ?

2 `; R6 c! y1 Y7 \6 {1.初始化:
+ H) X" _* s# t8 M! d) \! b; P9 O+ i& O
   a = 0;, h! B% f$ `3 l0 P5 s
   b = 1;  E  ^3 _" T1 r7 Z2 [' f5 \+ O
   m = 10; % 空间划分; q" P, Z; D# [7 D' q! l
   T = 0.5; % 最终时间" A! U3 |! R# C! K, m+ a% L# k
   N = 50; % 时间划分. ^- m9 n9 c- f% w
   af = 1; % 松弛因子
: y/ Y. E& d9 i$ [: g( b: m   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件+ \/ k' v$ W4 W, g% k) [! y
   h = (b - a) / m;. R, }3 A8 }) S' K2 G) a2 {
   k = T / N;# ~) q2 M" G$ Z1 z, r
   lmd = af^2 * k / h^2;
% ?9 S6 G% Y' q) f0 V! T5 g   x = linspace(a, b, m+1);
* R, p8 o4 h  A   x = x(2:m);
! ~3 |: W1 ]3 K: A9 E  T  b8 w   i = 1:m-1;
7 w! u  s7 R1 N$ W4 V   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布2 I/ k. `( u/ H" `
; M# m. D5 L( ~2 Z6 P5 C
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。
/ P& i2 w: T% n1 p; Q9 f, U* U; U
2.隐式差分法求解:
" `; H6 l- S7 Y" C% x, e: \. k  K5 C% b4 \
   for j = 1:N; R# s) }/ V0 N: u
       t = j * k;
% [7 O5 w# B* q+ O0 v       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);
* n- f$ J/ ?. D   end
: }' z/ }3 P" _$ ]9 ~" u
* A4 B2 Y, K( O( G( c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。$ H0 o2 g% ], Z! {4 n  J) R! a

6 ?) P, r9 g, {! i5 k3.计算精确解和误差:
- X8 p. ]: ^) k, I9 P: X3 |5 S  w8 |9 _; i# p% \% x9 Z
   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);1 t- C0 D7 G. d* a" F& u- G
   error = abs(u - true);& ~2 ~2 r  O/ ?* x  w1 p, w
   re = [x', u', true', error'];) g+ c0 r! w6 @% {/ V0 ]

8 R9 w# v! ^1 c/ R: a& i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。) H) z4 V6 i8 I$ y; d3 G. G
/ p( J, r1 Z( @( R7 R( s5 |0 }
4.输出结果:4 s! S7 z7 y8 y/ y6 _2 q
# |* m! @" Q! L- J1 {
   re  H# ?1 n. i8 G- K) i7 k# \( |- l- U
) @% u% _' J# n( 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。
; V: P: `7 j, 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。
( n, e1 r7 A! ?4 F/ ]. C
" Z1 ^) K' A! T8 Y
1 L  y0 j, B& t  Y6 T) K8 B
zan
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