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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:
! C6 |7 T! b, m+ B; h$ a
$ F9 M/ l) |9 G1 G. q1.初始化:
" H9 j" F9 p% m; O2 }& j
! Z' A! r1 I& ^- F   a = 0;
$ e6 h) @# S+ r5 _# ^6 A3 G   b = 1;0 ^: p5 W2 h0 S) s% m1 l
   m = 10; % 空间划分
7 B# i( `8 B1 M( n5 d   T = 0.5; % 最终时间8 {6 c7 H2 k& ?/ C
   N = 50; % 时间划分! ]& X$ F* }: O$ y
   af = 1; % 松弛因子2 `$ b) b( ]' l! y) F
   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
" m% ?* d* Z  o& Y) [7 A- b2 ?   h = (b - a) / m;" ^" Z& r0 U  Z& M
   k = T / N;( }) M2 L1 L( ^$ r! ?$ \3 e5 w% o, l
   lmd = af^2 * k / h^2;, f" k  }. h3 U* I
   x = linspace(a, b, m+1);# g- P1 S! R" g3 o  z7 i
   x = x(2:m);7 U/ I$ A& I8 z# V; P" Q
   i = 1:m-1;- k1 \8 n! p" z' k0 N0 J7 k  Z
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布4 n1 t8 X; a1 V' @7 F
& G# d9 T. v6 j4 i$ |
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。
( E: U% U2 E7 V, I- }. _0 t/ c7 v; S7 \+ g( F8 k: f1 }
2.隐式差分法求解:4 c4 z9 J1 i' M" L; z

9 K0 n* ^* D% X* J0 ^   for j = 1:N8 x3 s/ V/ G* C: [6 i
       t = j * k;3 u( O- j) @6 e: l
       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);! c, U& M( d; z0 g" ?+ n$ v8 T, X
   end
" w; t+ B% B5 I) I% o' f
" h4 Q2 H* D- U$ U1 R# m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。
2 W0 i' y, `2 J9 }4 n/ u- Q
0 w8 T  o0 p) J4 o# P3.计算精确解和误差:5 B+ d" P9 t, R: \) b# F

' ?  I2 y; |+ ?5 H  f/ \   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
1 d; ^/ l, Q8 C0 W   error = abs(u - true);
' ?& W: ]1 W" c, t3 _) l6 \6 K   re = [x', u', true', error'];
+ S9 ]6 q' ~( d* K) D+ a7 s$ V1 U6 E6 ]- N+ }0 M
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。
7 a1 c# x" R. w; e- c& O3 N+ ^/ K1 u6 g+ I2 ?2 V! b$ s1 p
4.输出结果:0 h  M# v6 l& d  t

7 e% t" n9 v/ g1 s8 R   re
* [  I" Y3 f) D7 |4 g* [# z+ y0 Y
3 `7 }$ h6 C# s4 B' I  a+ f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。' u3 }0 S2 d! r  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。4 U4 z2 f! q# k0 `/ ]: ^' r5 R- G

* z2 z, J, Q  I1 s$ a0 A0 E$ T5 c( D( ]& v7 W! @
zan
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