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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:9 H$ M$ {2 S7 q- C

  s0 R+ [. W& N1 I; G9 a  V1.初始化:: Y3 M9 ]' D0 r0 }
& I- D2 ^1 n; F6 J, w3 U. ]
   a = 0;
$ O( a3 _4 G# m( J: g   b = 1;
  Q9 ]8 `0 N! E# c' V, W   m = 10; % 空间划分
' {/ }2 b! R2 K0 M) v/ t7 B   T = 0.5; % 最终时间
" c2 g. [2 _( `. u   N = 50; % 时间划分
) C6 J/ w7 ^' U& x   af = 1; % 松弛因子
5 M3 C1 k8 h& Y) K- Y% U0 @6 J   f = inline('sin(pi*x)', 'x'); % 初始条件+ v: c8 [% H$ n' n$ u
   h = (b - a) / m;. \( H5 ?1 b7 f2 o& k& f" v
   k = T / N;
! [7 t% i, b% e   lmd = af^2 * k / h^2;- Q, {) c" J% `8 M, Q9 q
   x = linspace(a, b, m+1);
6 f6 H# l- ~% Y. d5 H   x = x(2:m);
$ h$ R' I5 S/ n% u% ^   i = 1:m-1;/ p$ A4 G$ l# X
   u = f(i.*h); % 初始时刻的温度分布
: h  P5 A* ~' U% {' I2 R! u  }; c( W1 r
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。  Z. F6 i: e$ V. Z" M8 k" u

3 f) x1 Q# X& n2 d3 ~8 f* a% E2.隐式差分法求解:
! W' K& D, x6 p3 p- f0 f: }+ D, `. o7 c  t2 S. B2 k& Z/ E
   for j = 1:N1 l+ N3 Q4 _9 z% T- R
       t = j * k;) l. s8 L9 s  N- G) c0 V7 R$ W7 w* p
       u = trisys(-lmd * ones(m-2,1), 1 + 2*lmd * ones(m-1,1), -lmd * ones(m-2,1), u);$ ~. B1 b4 L: C8 t3 l' A" B3 \
   end
+ q/ ]! N: N2 I( k" I( |4 b, q' t* E, W, i
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。
1 w4 w9 a- c8 X$ B, n
: J# Z& ]& I+ Q$ P/ q3.计算精确解和误差:
2 r* L$ Z+ y9 z7 ~: o8 |. T
# W5 F$ g5 s* k/ @* ?" i6 }   true = exp(-pi^2 * T) .* sin(pi * x);
- P' O- m7 ]! F: E0 G   error = abs(u - true);1 @1 e& ~* k3 @# L/ o! D* P
   re = [x', u', true', error'];9 `3 a, n, U- T; k. X

& R4 c2 O+ a+ q) f4 I2 Q6 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。
' u, u% M: k& |5 c0 o4 Q4 c" R* X) O. ?* \" }4 Q7 R
4.输出结果:
, F0 T- Q5 r1 U7 a
* M# ~& A  g, X3 x0 B- u* x" J6 {   re2 w7 n/ S8 L. O! B
" \9 B/ J* _! @
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。
9 q/ j# S. k1 r! f2 q! Q/ S6 }: G$ 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 q' F3 W3 |, x" O3 \# H: A- X4 b
% h6 Y- L. Z- k6 g/ [) t( A
zan
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