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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:
. I& H5 C/ f" G) H9 |: ^7 N2 ^% H# e( }! y  V# x0 J
1.初始化:
/ q" J% @' B! {9 a9 L% m  [2 Y: N( d, t: W$ F! L3 w/ E5 A! O
   a = 0;
1 l, t* L% W3 T" x" d) v1 h   b = 1;
6 ~  `+ e' G! b/ n9 y# C   m = 10; % 空间划分6 @" W9 |, d/ m( a+ m
   T = 0.5; % 最终时间
2 N5 O: N3 P, u. J3 I: v/ V- q: {  z   N = 50; % 时间划分7 K0 _3 o& w  D
   af = 1; % 松弛因子
; _  l7 v- z' I3 |% e. q   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
3 ?2 e$ ?( N- t* Z# C   h = (b - a) / m;
: i9 O! h, m: ~, @6 ]* M, c   k = T / N;
! `& L1 f9 c( z: J  N; O   lmd = af^2 * k / h^2;
, }% A; q& C6 H7 S, [& M: V   x = linspace(a, b, m+1);1 s0 {6 D9 B* D2 }. C; d
   x = x(2:m);/ R  z; w- n- S" V9 _# M7 J
   i = 1:m-1;2 u& p4 d8 @, C5 f
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布. r1 v0 O# ]% M5 `6 T+ J% l4 t
* v/ O; h! Y3 y3 q
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。) @! G9 e- ^! @/ d

6 f) _* M, z- s6 ^2.隐式差分法求解:
5 E1 T0 B- Z0 [$ y
* _. z" l$ \( n: }+ ?   for j = 1:N! e- j) W( t. z- q) B) H
       t = j * k;
. F% r& d  m2 G       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);
* o5 t$ r  c. R   end
+ g& ^) _1 _/ e$ \% I
2 c% F* c. |- `  s6 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。
$ }$ F; }, V* B0 \2 U2 i& h) D1 F7 ]
3.计算精确解和误差:
) B* N/ n) R9 b7 ?4 ~
" L! z+ _( \: ?/ X8 W( W$ o/ F   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
! V0 V8 q2 h0 A7 M( y7 G4 b! P   error = abs(u - true);
6 Q0 ~- G4 V1 s! ~! t" L- b   re = [x', u', true', error'];
; T$ G4 }/ N) G, X. Y8 l; A- F' J& R
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 N# W! {6 w1 S3 \4 ?, p0 z! h) w. Y" H1 |6 g/ i6 q7 b. f
4.输出结果:
( F0 |' q" U' ?" f7 B4 u+ B/ K8 t$ z5 u) ^- ~
   re  U- O0 i# b, r, d6 `8 k% ~* a
1 c) A7 ~7 Y# R' q' L8 v
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。
( [. p, N' k+ G  W/ G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。
% m" p7 N" ?) L2 H
: s. h7 Q; o4 }2 p4 J6 w# m  a# X$ ]& Y) L
zan
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