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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:
/ W% G- H4 o3 z% i0 r
7 g" t' m( p% e. o5 o5 |4 ?& [1.初始化:% h; w* W! m! h( D( J* O* b
8 O( x* P* e0 [( x
   a = 0;
7 e% D. D0 i0 \1 c4 o8 u; A   b = 1;2 }) Y, v) ]! G9 e2 h
   m = 10; % 空间划分
# {9 I: i# ]" a3 z. M4 l# |8 E3 [6 b   T = 0.5; % 最终时间) H& G$ V4 p) D! L
   N = 50; % 时间划分
- c. ?: J- r/ `. w; |( }   af = 1; % 松弛因子
) d" E9 E/ |$ r9 n! Q   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件
$ {$ v' ?) W6 u   h = (b - a) / m;9 r4 k8 ~7 S& \1 K9 J
   k = T / N;
2 E9 b' p4 R% D8 x   lmd = af^2 * k / h^2;# e8 y8 g: x) T) b# a
   x = linspace(a, b, m+1);
/ Z9 Q( p, _7 ^, }   x = x(2:m);$ m' }: |1 Y! l. x5 I
   i = 1:m-1;3 r" q6 [& ]/ e- c$ w, b" n, k
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布
8 D! n. F( X& O5 Z1 @$ Z: t1 |6 y( h/ I9 F. B/ ?
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。
; z0 K6 k) r( S) v
/ {1 n6 O5 l: ?5 h4 v5 x2.隐式差分法求解:
# g$ N- h7 E3 E8 |2 r- S$ C
) S6 r% r$ f0 g% n# ^- ]9 R& ]- `   for j = 1:N
8 ~- F; \- m! p       t = j * k;
9 S0 h; m, ]) f' ]. g       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);2 h' q4 w1 I9 [0 x7 O# E
   end
( b- m0 x$ X/ R0 K1 ^3 b  p2 f- M8 i+ q" }0 n8 z1 @
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。6 b3 x* n; y) J2 X  r! {( y( k* y

( n  D( B; z! h8 U; y! Q  A" @3.计算精确解和误差:
& q2 t1 u4 |7 R, w. g8 p/ x' ]$ J  J6 |& g# S! Q3 I! {& _& D
   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);! J4 y$ w/ D2 y: i0 q
   error = abs(u - true);
3 Z( u0 f( s* O+ K: C   re = [x', u', true', error'];
4 g. [5 ~$ p/ ~8 ?% D# N: V: @3 c+ I% A: g( P9 m" l0 Y
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。
4 x" B7 }( [: ^- B
  S; {+ Q2 y' m- n# V4.输出结果:% t8 E5 p) J. v. |! F
& P  ^% u4 h- k% ~) P; g! k5 c$ v
   re  {" p! _7 p/ s* k, y  ]' W  n& S7 y0 H

) Y9 u/ S/ N5 F% R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。) j  r+ Q( s1 h; \# I( H
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 G0 w, |4 p$ l: r2 g1 _, \

& q% G2 U7 o# A, p. H
7 O- w/ p. S" ?+ ]; X& V* Q( g
zan
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