数值传热学作业 第三章

发布 2022-07-14 04:36:28 阅读 3065

(1)非稳态项采用显式格式,扩散项采用中心差分离散,故:离散方程的差分表达式为:

本编程题目为输入根据fo数计算公式计算输入。

2)编程如下:

n=input('节点数=')

f=input('fourier数=')

m=input('时间间隔数=')

x=0:1/(n-1):1;

for i=1:n

t(i+1,1)=100;

endn=1:m

t(1,n)=0;

t(n,n)=10;

for n=1:m

i=2:n-1;

t(i,n+1)=f*(t(i+1,n)-2*t(i,n)+t(i-1,n))+t(i,n);

endfor n=1:m/10:m

i=1:n;

p=plot(x,t(i,n+1),'

hold on

endxlabel('x');

ylabel('t');

title('一维非稳态热传导方程的数值解')

输入节点数为11,在时间步长为0.001条件下fo数为0.1,时间间隔数为1000

输入节点数为11,在时间步长为0.004条件下fo数为0.4,时间间隔数为250

输入节点数为11,在时间步长为0.006条件下fo数为0.6,时间间隔数为170

输入节点数为11,在时间步长为0.01条件下fo数为1,时间间隔数为100

分析:理论上当[}≤0.5(a=1,△x=0.1)',altimg': w': 230', h': 43'}]时,数值计算稳定,否则**。

因此,当时间步长取0.001和0.004时小于0.5,所以数值解是稳定的;而时间步长取0.006和0.01时,大于0.5,故数值解**。

3)当网格数加倍时输入的节点的数目为21

输入节点数为21,在时间步长为0.001条件下fo数为0.4,时间间隔数为1000

输入节点数为21,在时间步长为0.004条件下fo数为1.6,时间间隔数为250

输入节点数为21,在时间步长为0.006条件下fo数为2.4,时间间隔数为170

输入节点数为21,在时间步长为0.01条件下fo数为4,时间间隔数为100

分析:同理只有在时间步长为0.001的情况下fo数小于0.5,数值计算为收敛,其余的时间步长下的fo数大于0.5所以发散。

3—7证明对流项的背风差分总使扰动逆流而传递。

证明]:[展开法中逆风差分的构造法:

\\frac{}\end\ight|_=frac}_}altimg': w': 131', h': 51'}]u>0

\\frac{}\end\ight|_=frac}_}altimg': w': 131', h': 51'}]u<0

以u>0来分析。

^_^u\\frac^_^altimg': w': 232', h': 58'}]0,_^0', altimg': w': 137', h': 35'}]

由此得 [^altimg': w': 58', h': 35'}]0

而i-1处则有。

^_^u\\frac^_^altimg': w': 221', h': 58'}]0', altimg': w': 67', h': 35'}]

得。^=εbegin\\frac\\end', altimg': w': 131', h': 43'}]

因此可知对流项的背风差分总使扰动逆流而传递。

解: u

将二阶迎风格式应用于一维非稳态纯对流方程的非守恒形式:

+u\\frac=0', altimg': w': 118', h': 43'}]

以泰勒展开法中迎风差分的构造方法:

\\frac\\end\ight|_=frac^+4φ_^beginδx^\\end', altimg': w': 343', h': 62'}]

下面以u<0的情形来分析:

对节点i+1,在n时层产生在节点i的扰动对i+1点的影响由下式确定:

^φ_u\\frac^+4φ_^altimg': w': 323', h': 55'}]0', altimg': w': 170', h': 32'}]

由此得:[^altimg': w': 58', h': 32'}]0

而在i-1处则有:

^φ_u\\frac^+4φ_^altimg': w': 312', h': 55'}]0', altimg': w': 119', h': 32'}]

得 [^frac)',altimg': w': 127', h': 43'}]其中[^'altimg': w': 77', h': 32'}]

当时,对于节点,在时节点的扰动对点的影响由下式确定:

^φ_u\\frac^4φ_^altimg': w': 310', h': 55'}]0', altimg': w': 119', h': 32'}]

得:[^frac)',altimg': w': 127', h': 43'}]其中[^'altimg': w': 62', h': 35'}]

而在处则有:

^φ_u\\frac^+4φ_^altimg': w': 312', h': 55'}]0', altimg': w': 170', h': 32'}]

得:[^0', altimg': w': 70', h': 32'}]

可见采用二阶迎风时,扰动仅向流动方向传递,故二阶迎风具有迁移性。

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