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文檔簡介
1、差分方法的穩(wěn)定性1.實驗內容對于一階線性雙曲線型方程:其中初值 取空間長度h=0.01,對于不同的差分格式(迎風格式,Lax-Friedrichs格式,Lax-Wendroff格式,Beam-Warming格式以及蛙跳格式)及不同的網(wǎng)格比(時間長度與空間長度比)進行迭代計算。通過將計算結果與精確解進行比較,來討論和分析差分格式的穩(wěn)定性。2.算法思想與步驟2.1迎風格式 這種格式的基本思想是簡單的,就是在雙曲型方程中關于空間偏導數(shù)用在特征線方向一側的單邊差商來代替,格式如下:運算格式: 2.2 Lax-Friedrichs格式運算格式: 2.3 Lax-Wendroff格式這種格式構造采用Tay
2、lor級數(shù)展開和微分方程本身得到運算格式: 2.4 Bean-Warming格式(二階迎風格式)借助于雙曲型方程的解在特征線上為常數(shù)這一事實,可以構造出多種差分格式。設在時間層上網(wǎng)格點A,B,C和D上的值已給定,要計算出在時間層上網(wǎng)格點P上的的值。假定C.F.L條件成立,過P點特征線與BC交于點Q,故微分方程解的性質知。對于: 用B,C兩點值進行線性插值,得到的是迎風格式; 用B,D兩點值進行線性插值,得到的是Lax-Friedrichs格式; 用B,C和D三點值進行拋物型插值,得到的是Lax-Wendroff格式。如果我們采用A,BC三點來進行拋物型插值,可以得到這就是Beam-Warming格式。2.5 蛙跳格式運算格式: 由于它是個三層格式,需要先用一個二層格式計算出那一層的值。為了保持精度的階數(shù)相同,一般我們用Lax-Wendroff格式或Beam-Warming格式。2.6 目標點范圍跟蹤格式(迎風格式的改進)其中是取整數(shù)部分,。下面的分析將會得到這是一個無條件穩(wěn)定結構。3.數(shù)據(jù)分析與作圖3.1迎風格式穩(wěn)定性分析:記,則,得即。則在時,有,格式穩(wěn)定。3.2 Lax-Friedrichs格式穩(wěn)定性分析:則在時穩(wěn)定。3.3 Lax-Wendroff格式穩(wěn)定性分析:則在時穩(wěn)定。3.4 Beam-Warming格式穩(wěn)定性分析:則在時穩(wěn)定。3.5 蛙跳格式穩(wěn)定性分析:命令則則
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