0

Есть две формулы. Каждая из этих формул заполняет числовой массив, причём делает это в несколько итераций. Затем надо значения из этого массива вывести на график.

Tnext[i]=(dt/dx)*D*(a[i+1]-a[i])+a[i]; //Здесь всё хорошо и после сотен итераций.
Tnext[i]=(dt/(dx*dx))*D*D*(a[i+1]-2*a[i]+a[i-1])+a[i]; //А вот здесь уже после 2-й итерации все значения превращаются в экспоненциальный вид. Собственно, на график они уже не выводятся.

Что с этим делать?

График строится с помощью Qwt.

UPD: Стоп. Я гляжу, эти экспоненциальные значения имеют просто ужасный порядок: +-1,XXXXXXXXXXXXXXXXXe+2XX! От чего же это может случаться?

UPD2. Путём поитерационной проверки удалось выяснить, что все неадекватные значения появляются после 4 итерации.

7
  • 2
    Что вы вообще пытаетесь вычислить? Тут все просто. Если формула не работает - значит, нужна другая формула. Но чтобы составить другую формулу, надо знать исходную задачу. 13 сен 2015 в 4:46
  • Ладно, скажу - это уравнение теплопроводности, первая - это формула, данная преподом, вторая - найденная в интернете. А сделать так, чтобы вторая формула работала, никак нельзя?
    – Byulent
    13 сен 2015 в 4:50
  • Эта формула не является уравнением теплопроводности. 13 сен 2015 в 6:28
  • А его решением в конечных разностях является?
    – Byulent
    13 сен 2015 в 6:33
  • 1
    Это не конкретнее - нет ни граничных условий, ни сведений о материале стержня.
    – gbg
    13 сен 2015 в 7:17

3 ответа 3

3

Верхняя формула, та самая, которая работает - неверная.

Теперь про вторую формулу, которая у вас расходится. Попробуйте развернуть эту формулу на 1 шаг. Что у вас получится?

Должно получиться что-то вроде вот этого:

Tnext2[i] = [(dt/dx2)*D2]2 * (что-то страшное) + (dt/dx2)*D2 * (a[i+1] - 2*a[i] + a[i-1]) + a[i]

Обратите внимание на величину (dt/dx2)*D2. Этот множитель, как видно, умножается на себя на каждой итерации. Если он больше 1 - формула никак не может сойтись.

D здесь задана. Самое эффективное действие из оставшихся - увеличение dx. Поэтому всегда старайтесь делать сетку как можно крупнее, пока это возможно. Ну а после того как dx тоже зафиксировали, остается только уменьшать dt.

Кстати, в задачах численного интегрирования (а у вас именно такая задача) обычно принято уменьшать dt вдвое автоматически до тех пор пока результаты не перестанут меняться.

PS рассмотрите вариант перехода на алгоритм Рунге-Кутты 4го порядка. Он хоть и сложнее выглядит, но он дает большую точность. Правда, ему тоже надо чтобы (dt/dx2)*D2 было меньше 1 - так что сойтись он расходящейся формуле не поможет.

7
  • Я может чего-то не понимаю, но как метод для обыкновенных диффуров поможет в решении диффура в частных производных? Задача-то баянная, в Патанкаре по косточкам разобрана. И ошибка эта там объяснена.
    – gbg
    13 сен 2015 в 7:24
  • @pavel-mayorov Да! Точно! Вот здесь всё это написано: (edu.sernam.ru/book_p_math2.php?id=113)
    – Byulent
    13 сен 2015 в 10:58
  • @gbg, запросто. Если говорить строго - то каррируем функцию y, чтобы она была сначала от времени, а потом уже от пространственных координат. Получаем уравнение вида y`(t) = F(t, y(t)), где F - некоторый оператор, избавленный от производных по времени. Теперь нам абсолютно ничего не мешает применять к этому уравнению любые методы интегрирования. 13 сен 2015 в 13:24
  • @gbg, если же говорить про реализацию - то просто берем вместо одного числа целый вектор и работаем с ним. Алгоритм от этого не меняется, меняются лишь те подпрограммы, которые он вызывает. 13 сен 2015 в 13:26
  • 1
    @gbg, какие тепловые потоки? Какая теплоизоляция? Вы о чём? Нам препод даже ту формулу дал, которая первая в посте, выведя её из первой производной, когда там нужна вторая.
    – Byulent
    13 сен 2015 в 16:35
3

Тот факт, что вы видите получаемые значения в экспоненциальном виде, не значит, что их нельзя отобразить на графике. Это значит лишь то, что значения очень маленькие/большие (зависит от знака степени). Предположительно, на графике вы их не видите или потому, что они выходят за пределы вашего верхнего значения координатной оси, или отображаются в 0. Меняйте границы координатных осей или разрешение графика по координатной оси.

0
-1

Первая формула - схема первого порядка, а вторая - второго, и в ней масштабирущий множитель dt/dx должен быть в квадрате, а коэффициент температуропроводности D - в первой степени.
Следующий вопрос будет про граничные условия второго рода... Угадал?

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.