Υπολογιστικές Μέθοδοι 2006-7



Σχετικά έγγραφα
Υπολογιστικές Μέθοδοι = 0.4 και R

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #4 ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

Θα χρησιμοποιήσουμε κύλινδρο με L=R για απλοποίηση (και Δr=Δz).

(συνθήκη συμμετρίας) (4) Το παραπάνω πρόβλημα μπορεί να περιγράψει τη μεταβατική πλήρως ανεπτυγμένη ροή σε κυλινδρικό αγωγό.

ΧΡΟΝΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ. Για την επίλυση χρονομεταβαλλόμενων προβλημάτων η διακριτοποίηση στο χώρο γίνεται με πεπερασμένα στοιχεία και είναι της μορφής:

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #5: ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

πεπερασμένη ή Η αναλυτική λύση της διαφορικής εξίσωσης δίνεται με τη βοήθεια του Mathematica: DSolve u'' r 1 u' r 1, u 1 0, u' 0 0,u r,r

Κεφ. 7: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Κεφ. 6Β: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #3: ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Κεφ. 6Α: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις - προβλήματα δύο οριακών τιμών

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

MEM 253. Αριθμητική Λύση ΜΔΕ * * *

Επίλυση παραβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στη µέθοδο πεπερασµένων όγκων επίλυση ελλειπτικών και παραβολικών διαφορικών εξισώσεων

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

y 1 και με οριακές συνθήκες w

Κεφ. 7: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Η πλήρως ανεπτυγµένη ροή λόγω διαφοράς πίεσης σε κυλινδρικό αγωγό περιγράφεται από την συνήθη διαφορική εξίσωση

w 1, z = 2 και r = 1

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #3: ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

Αριθμητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστημάτων

Κεφάλαιο 7. Επίλυση υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Άσκηση 1 Έχουµε να επιλύσουµε την εξίσωση κύµατος 1 ης τάξης (υπερβολική εξίσωση) (1)

f στον κόμβο i ενός πλέγματος ( i = 1, 2,,N

Λύσεις ασκήσεων 6. Οι συντελεστές του αναπτύγματος υπολογίζονται ως εξής: = y( ( 1) = 2 L. L n. = 0 Αναζητούμε αρμονική λύση για y(x) λόγω ΣΣ

Επιµέλεια: Γιάννης Λυχναρόπουλος Οµάδα Α: Άσκηση 2 Έχουµε να επιλύσουµε την εξίσωση: 2

5. Ανάλυση διακριτής μορφής ΔΜΠ με ΠΔ

Παράδειγμα #9 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΟΡΙΑΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΕΣ ΣΔΕ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης

Επιλύστε αριθμητικά με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών το παρακάτω πρόβλημα δύο οριακών τιμών: ( )

z είναι οι τρεις ανεξάρτητες

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος. Η μόνιμη θερμοκρασιακή κατανομή σε δύο διαστάσεις περιγράφεται από την εξίσωση: και

Κεφάλαιο 1. Αριθµητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστηµάτων

Επιλύστε αριθμητικά το με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών το παρακάτω πρόβλημα δύο οριακών τιμών:


Πρόλογος Εισαγωγή στη δεύτερη έκδοση Εισαγωγή... 11

Παράδειγμα #2 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΥΠΟΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΚΑΙ ΡΙΖΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ. ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ. Βαρούτης

Κεφ. 6: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές προβλήματα οριακών τιμών

Οι Μιγαδικοί Αριθμοί

Σήματα και Συστήματα

Ενότητα 6. Προγραμματισμός με Εφαρμογές στην Επιστήμη του Μηχανικού. Σιέττος Κωνσταντίνος

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

Σήματα- συμβολισμοί. x(n)={x(n)}={,x(-1),x(0), x(1),.} x(n)={0,-2,-3, -1, 0, 1, 2, 3, 4,0 }

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιουνίου v 3 (t) - i 2 (t)

x από το κεντρικό σημείο i: Ξεκινάμε από το ανάπτυγμα Taylor στην x κατεύθυνση για απόσταση i j. Υπολογίζουμε το άθροισμα:

Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace ορίζεται από το μιγαδικό ολοκλήρωμα : + +

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #3: ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Παράδειγμα #10 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΙΑΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΕΣ ΜΔΕ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/60 Πληροφορίας

Παράδειγµα #11 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΡΧΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ Σ Ε ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης

Η διατήρηση μάζας σε ένα σύστημα τριών αντιδραστήρων περιγράφεται από το παρακάτω σύστημα συνήθων διαφορικών εξισώσεων:

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 14 ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #1: ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΡΧΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

7. ΑΝΩΜΑΛΑ ΣΗΜΕΙΑ, ΠΟΛΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΙΠΩΝ. και σε κάθε γειτονιά του z

Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

την κεντρώα έκφραση πεπερασμένων διαφορών 2 ης τάξης και για τη παράγωγο f την ανάδρομη έκφραση πεπερασμένων διαφορών 2 ης τάξης xxx

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 7: Εξίσωση μη-μόνιμης διάχυσης (συνέχεια)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Κεφάλαιο 2. Μέθοδος πεπερασµένων διαφορών προβλήµατα οριακών τιµών µε Σ Ε

n sin 1 n. 2 n n+1 6 n. = 1. = 1 2, = 13 4.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/62 Πληροφορίας

KΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΣΥΝΗΘΩΝ. Το τυπικό πρόβληµα αρχικών τιµών που θα µας απασχολήσει, είναι το ακόλουθο:

Πεπερασμένες Διαφορές.

~ 1 ~ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2014 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

Οικονομικά Μαθηματικά

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

~ 1 ~ ΜΙΓΑΔΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ & ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2013 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Δομή της παρουσίασης

Εφαρµόζοντας τη µέθοδο αριθµητικής ολοκλήρωσης Euler και Runge-Kutta 2 ης, συστηµατική σύγκριση των πέντε µεθόδων. Η επιλογή των σταθερών

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ, ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΟΣΕΩΝ. Κεφ. 1: Εισαγωγή (διάρκεια: 0.5 εβδομάδες)

2. Η μέθοδος του Euler

e 5t (sin 5t)u(t)e st dt e st dt e 5t e j5t e st dt s j5 j10 (s + 5 j5)(s j5)

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

Αριθμητική Ανάλυση. Ενότητα 1: Εισαγωγή Βασικές Έννοιες. Φραγκίσκος Κουτελιέρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Ευστάθεια συστημάτων

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, , 3 ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ #1: ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΥΠΟ ΙΑΣΤΟΛΗΣ ΚΑΙ ΡΙΖΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ.

Ενότητα 3 (μέρος 1 ο )

Παράδειγμα #5 EΠΙΛΥΣΗ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΑΛΓΕΒΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΕΘΟΔΟ NEWTON ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης. ( k ) ( k)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2008 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 12 Ιανουαρίου 2009

Ηλεκτρομαγνητισμός. Χρήσιμες μαθηματικές έννοιες. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

3. ΕΠΙΛΥΣΗ ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΩN ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ

sup(a + B) = sup A + sup B inf(a + B) = inf A + inf B.

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Λύσεις ασκήσεων Άσκηση 1: Cengel and Ghajar, Κεφάλαιο 13: Προβλήματα και

Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων για την εξίσωση της θερμότητας

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 4)

- ΟΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 6: ΜΗ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΟ ΟΡΙΟ ΣΤΟ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, , 3 ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ #4: ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ. Βαρούτης

Παρεμβολή πραγματικού χρόνου σε συστήματα CNC

15 εκεµβρίου εκεµβρίου / 64

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Transcript:

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 Άσκηση. (Επιμέλεια: Ιωάννης Λυχναρόπουλος) Θα επιλύσουμε την εξίσωση: urr ur u t, t t 0 και R i /Rout r r Έστω Ri 0.4 και Rout δηλαδή: Ri / Rout 0.4 με αρχική συνθήκη: ur (,0) 0 και οριακές τιμές τις:, u(0.4, t) 0 και u(, t) 00 Έστω επίσης ότι διαιρούμε την απόσταση μεταξύ R i και 0.6 r τότε ri 0.4 ir, i 0,,..., I I Επίσης από οριακές τιμές θα έχουμε: u0 0 και u 0 I R out σε I ίσα διαστήματα: Ρητό σχήμα ui ui ui ui ui ui ui r ri r t t t t t t ui ui u i u i r r rir r rir, i,..., I Ακολουθεί η ανάλυση ευστάθειας vo Newma (Δεν βλάπτει την γενικότητα να χρησιμοποιήσουμε τη σχέση: r i r αντί της r 0.4 i r. Επίσης το ir το γράφουμε σαν urt (, ) ( trr ) ( ) ( te ) i r για να μην υπάρξει σύγχυση με το μιγαδικό i ) ikr ik( rr) ikr ik( rr) ik( rr) ik( rr) ikr e e e e e e () t ( t t) () t r r r t ikr ikr ikr ikr e e e e ( t t) ( t) () t r r r t t ( tt) Θα χρησιμοποιήσουμε τους συμβολισμούς,. r () t ikr ikr ikr ikr e e e e cos isi όπου k r si i si 4si i si 4si si 4 si si Το σχήμα συγκλίνει όταν. i

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 Πεπλεγμένο σχήμα u u u u u u u r r r t i i i i i i i, i, ui u i u i u i r t r rir r rir t t t t i i i r ri r r u u u Η ανάλυση ευστάθειας δίνει τα εξής: urt (, ) ( trr ) ( ) ( te ) ikrr t r t ui ri r ik( rr) ikr ik( rr) ik( rr) ik( rr) ikr e e e e e e ( tt) ( t t) ( t r r r ) t ikr ikr ikr ikr e e e e ( tt) ( t) ( tt) r r r t t ( tt) Θα χρησιμοποιήσουμε τους συμβολισμούς,. r () t ikr ikr ikr ikr e e e e cosr isi όπου k r και r si isi 4 si isi 4 si i si 4 si i si 4si si 4 si si 4 si si Η παραπάνω ανισότητα ισχύει πάντα και επομένως το πεπλεγμένο σχήμα είναι ευσταθές ανεξάρτητα από την επιλογή των διαστημάτων στο χώρο και το χρόνο.

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 Πρόγραμμα Fortra: Program rhto_peplegmeo_c implicit oe doubleprecisio,allocatable::r(:),u(:),uold(:),temp(:) iteger::,i,,k,m,status,tmax,doe,method doubleprecisio::err,max,dr,dz,dt,l doubleprecisio::a,b,c,d,e,f =00 dt=0.00 dr=0.6/() err=0.000 allocate(r(0:),u(0:),uold(0:),temp(0:)) tmax=000000 do i=0, r(i)=0.4+i*dr ed do read*,method!method=3!=rhto, =peplegmeo, 3=crak icolso if (method==) the!=rhto u(0:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) uold=u u(0)=0 u()=00 do i=,- a=dt/dr**-dt/(*r(i)*dr) b=-(.*dt)/dr** c=dt/dr**+dt/(*r(i)*dr) ed do! elexos gia termatismo u(i)= a*uold(i-)+b*uold(i)+c*uold(i+) temp(0:) = abs(u(0:) - uold(0:)) if (maxval(temp)<err) the doe= ed if m=m+ ed do ope(0,file='res_rhto.txt',recl=0000) Write(0,'(<>(f6.,x))') u prit*, 'Rhto' prit*, m-,max elseif (method==) the!=peplegmeo u(0:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) 3

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 uold=u u(0)=0 u()=00 do i=,- ed do!sytelestes! elexos gia termatismo a= +.*dt/dr** b=dt/dr** - dt/(.*r(i)*dr) c=dt/dr** + dt/(.*r(i)*dr) u(i)= (b*u(i-)+c*u(i+)+uold(i))/a temp(:) = abs(u(:) - uold(:)) if (maxval(temp)<err) the doe= ed if m=m+ ed do ope(,file='res_pepleg.txt',recl=0000)!do i=,+! ta typwoyme aapoda gia a ta deiksei o array visualizer swsta! Write(,'(<>(f6.,x))') u(:)! ed do prit*, 'Peplegmeo' prit*, m-,max elseif (method==3) the!3=crank NICOLSON u(:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) uold=u u(0)=0 u()=00 do i=,-!sytelestes a=./dr** +./dt b=./(.*dr**) -./(4.*r(i)*dr) c=./(.*dr**) +./(4.*r(i)*dr) d= -./dr** +./dt e=-./(.*dr**) - /(4.*r(i)*dr) f=-./(.*dr**) + /(4.*r(i)*dr) u(i)= (-f*u(i-)-e*u(i+)+d*uold(i)+b*uold(i-)+c*uold(i+))/a!u(i,)=(0.5*uold(i-,)*(./(dr**)-./(r(i)*.*dr))+0.5*u(i-,)*(./(dr**)-./(r(i)*.*dr))+uold(i+,)*(./(dr**)+./(r(i)*.*dr))+uold(i,+)*(./dz**)+0.5*u (i,-)*(./dz**)+0.5*uold(i,-)*(./dz**)+uold(i,)*(./dt-./dr**-./dz**))/(./dr**+./dz**+./dt) ed do! elexos gia termatismo temp(:) = abs(u(:) - uold(:)) if (maxval(temp)<err) the doe= ed if m=m+ ed do 4

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 ope(,file='res_crak.txt',recl=0000)! do i=,+ Write(,'(<>(f6.,x))') u(:)! ed do prit*, 'Crak-Nicolso' prit*, m-,max ed if ed program 5

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 Άσκηση. (Επιμέλεια: Κωνσταντίνος Ρήτος) Θα λύσουμε την εξίσωση: uxx uyy u t t t 0 και 0 x W/H, 0 y Αρχικές και συνοριακές συνθήκες: u x,y,t, u 0,y,t u x, 0,t 0, u,y,t u x,,t 0 0 Θεωρούμε επίσης ότι t 0 =0, W/H= και Δx=Δy=h Ρητό σχήμα 0 u u u u u u u u i, i, i, i, i, i, i, i, O t x y t x y u u u u u (4 ) u i, i, i, i, i, i, i 0,,..., I 0,,..., J 0,,..., N [,, ] όπου λ=δt/h Η παραπάνω σχέση αξιοποιείται στον κώδικα του παραρτήματος για τους εσωτερικούς κόμβους. ak y akxix y Ακολουθεί ανάλυση ευστάθειας vo Newma. Θεωρούμε: ui, e e, όπου a και αντικαθιστούμε στην εξίσωση πεπερασμένων διαφορών ak ak xix y y ak ak xix y y e e e e t akx( i) x ak y y ak ak xix y y akx( i) x aky y e e e e e e x ak ak y( ) y aky y ak y( ) y xix akxix akxix e e e e e e y akxx akxx ( e e ) t x ak y ak y ( y y e e ) y Συνδυάζοντας τέλος κατάλληλα τους όρους εντός των παρενθέσεων προκύπτει kxx k yy 4xsi 4ysi 6

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 όπου λ x =Δt/Δχ και λ y = Δt/Δy. Επομένως το παραπάνω ρητό σχήμα είναι ευσταθές μόνο όταν kxx k yy 4xsi 4ysi που οδηγεί στο κριτήριο ευστάθειας x y t( ) x y Σημειώνεται ότι στη δική μας περίπτωση όπου Δx=Δy=h το κριτήριο ευστάθειας t είναι. h 4 Πεπλεγμένο σχήμα u u u u u u u u i, i, i, i, i, i, i, i, O t x y t x y [,, ] Επειδή έχουμε Δx=Δy=h η παραπάνω εξίσωση γράφεται στη μορφή u, u, u, u, u, (4 ) u i i i i i i, i 0,,..., I 0,,..., J 0,,..., N Η ανάλυση ευστάθειας δίνει τα εξής: ak ak xix yy ak ak xix yy e e e e t akx( i) x akyy ak ak xix yy akx( i) x akyy e e e e e e x ak aky( ) y ak y y aky( ) y xix akxix akxix e e e e e e y t x ( e akxx akxx akxx akxx akyy akyy [ ( e e ) y( e e )] akyy ak yy e ) ( e e ) y kxx k yy 4xsi 4ysi Η παραπάνω ανισότητα ισχύει πάντα αφού ο παρονομαστής είναι πάντα μεγαλύτερος της μονάδας. Επομένως το πεπλεγμένο σχήμα είναι ευσταθές ανεξάρτητα από την επιλογή των διαστημάτων στο χώρο και το χρόνο. 7

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 Σχήμα Crak-Nicolso Εφαρμόζοντας κεντρώες εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών στο χρόνο και το χώρο προκύπτει η εξίσωση πεπερασμένων διαφορών: ui, ui, ui, ui, ui, ui, ui, ui, x ( ) x t x x ui, ui, ui, ui, ui, ui, y ( ) [,, ] y O t x y y y i 0,,..., I 0,,..., J 0,,..., N Στην περίπτωση μας που ισχύει Δx=Δy=h και θ Χ =θ y =/ προκύπτει το σχήμα Crak- Nicolso u u u u ( ) u u u u u ( ) u i, i, i, i, i, i, i, i, i, i, όπου λ=δt/h. Η ανάλυση ευστάθειας δίνει τα εξής: ak ( ) y y( ) x i x ak y ak ak y xix akx( i) x aky y e e e e e e aky( ) y ak ak xix y y akxix e e ( ) e e ak ( ) aky y aky( ) y x i x akxix akx( i) x aky y e e e e e e ak ak xix y( ) y akxix aky y e e ( ) e e ak ak ( ) xx akxx yy akyy e e e e ak ak ( ) xx akxx yy ak yy e e e e Η παραπάνω ανισότητα ισχύει πάντα αφού ο αριθμητής είναι πάντα μικρότερος από τον παρονομαστή. Επομένως το σχήμα Crak-Nicolso είναι ευσταθές ανεξάρτητα από την επιλογή των διαστημάτων στο χώρο και το χρόνο. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιεί τα αντίστοιχα σχήματα παρουσιάζεται στο παράρτημα. Ο παρακάτω πίνακας περιέχει τα αποτελέσματα για 0 x 0 διαστήματα ( x κόμβοι), h=/0 και Δt=0.00 και μέγιστο απόλυτο σφάλμα 0-4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.44 4.87 7.35 9.98 3.0 6.95.84 33. 55.00 0 0 4.87 9.7 4.54 9.55 5. 3.93 4.9 55.00 76.79 0 0 7.35 4.54.55 8.57 35.99 44.48 55.00 68.80 87.6 0 0 9.98 9.55 8.57 37.8 45.79 55.00 65.5 78.06 93.05 0 8

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 0 3.0 5. 35.99 45.79 55.00 64.0 74.00 84.87 96.99 0 0 6.95 3.93 44.48 55.00 64.0 7.8 8.4 90.44 00.0 0 0.84 4.9 55.00 65.5 74.00 8.4 88.44 95.46 0.65 0 0 33. 55.00 68.80 78.06 84.87 90.44 95.46 00.9 05.3 0 0 55.00 76.79 87.6 93.05 96.99 00.0 0.65 05.3 07.56 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Οι παρακάτω πίνακες δείχνουν τον αριθμό των χρονικών βημάτων ώστε να επιτευχθεί η μόνιμη λύση όπως αυτή προκύπτει από το απόλυτο σφάλμα: Για x κόμβους με Δt=0.00 και σφάλμα 0-4 Μέθοδος Χρονικά βήματα Ρητό Σχήμα 496 Πεπλεγμένο 589 Crak-Nicolso 543 Για x κόμβους με Δt=0.00 και σφάλμα 0-6 Μέθοδος Χρονικά βήματα Ρητό Σχήμα 79 Πεπλεγμένο 87 Crak-Nicolso 800 Για x κόμβους με Δt=0.000 και σφάλμα 0-4 Μέθοδος Χρονικά βήματα Ρητό Σχήμα 3789 Πεπλεγμένο 4057 Crak-Nicolso 394 Για x κόμβους με Δt=0.000 και σφάλμα 0-6 Μέθοδος Χρονικά βήματα Ρητό Σχήμα 65 Πεπλεγμένο 658 Crak-Nicolso 6354 Παρατηρούμε ότι τα αποτελέσματα ανεξάρτητα από τη μέθοδο έχουν ακριβώς την ίδια ακρίβεια. Αυτό που διαφέρει είναι τα χρονικά βήματα που απαιτούνται και η ευστάθεια κάθε μεθόδου. Συγκεκριμένα το ρητό σχήμα είναι το πιο γρήγορο αλλά ταυτόχρονα και αυτό στο οποίο απαιτείται προσοχή στην επιλογή των διαστημάτων στο χώρο και το χρόνο ώστε να είναι ευσταθές. Το πεπλεγμένο σχήμα και το σχήμα Crak-Nicolso είναι πάντα ευσταθή με το σχήμα Crak- Nicolso να υπερτερεί σε αριθμό βημάτων. Σαν βέλτιστο σχήμα θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε το σχήμα Crak-Nicolso. 9

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 program rito_peplegmeo_c implicit oe! Variables doubleprecisio,allocatable::u(:,:),uold(:,:),temp(:,:) doubleprecisio::err,max,dx,dy,dt,h doubleprecisio::a,b,c,d,e iteger::,i,,k,m,status,tmax,doe,method! Body of rito_peplegmeo_c =0!αριθμός διαστημάτων dt=0.000 dx=./() dy=./()!dx=dy=h h=dx err=0.000 allocate(u(+,+),uold(+,+),temp(+,+)) tmax=00000 read*, method!method=3!=rito, =peplegmeo, 3=crak icolso if (method==) the!=rito u(:,:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) uold=u u(+,:)=0 u(:,+)=0 u(,:)=0. u(:,)=0. do i=, do =,!συντελεστές a=dt/(h**) b=a c=a d=a e=-4*a u(i,)=a*uold(i-,)+b*uold(i+,)+c*uold(i,+)+d*uold(i,- )+e*uold(i,)!έλεγχος για τερματισμό temp(:,:)=abs(u(:,:)-uold(:,:)) 0

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 if(maxval(temp)<err) the doe= edif m=m+ ope(0,file='res_rhto.txt',recl=0000) do i=,+ write(0,'((f6.,x))') u(i,:) prit*, 'Rito' prit*, m-,'max' elseif (method==) the!=peplegmeo u(:,:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) uold=u u(+,:)=0 u(:,+)=0 u(,:)=0. u(:,)=0. do i=, do =,!συντελεστές a=+4*(dt/(h**)) b=dt/(h**) c=b d=b e=b u(i,)=(b*u(i-,)+c*u(i,-)+d*u(i+,)+e*u(i,+)+uold(i,))/a!έλεγχος για τερματισμό temp(:,:)=abs(u(:,:)-uold(:,:)) if(maxval(temp)<err) the doe= edif m=m+ ope(,file='res_pepleg.txt',recl=0000) do i=,+ write(,'((f6.,x))') u(i,:) prit*, 'Peplegmeo' prit*, m-,'max'

Υπολογιστικές Μέθοδοι 006-7 elseif (method==3) the!3=crak icolso u(:,:)=0. m= doe=0 do while (m<=tmax.ad. doe==0) uold=u u(+,:)=0 u(:,+)=0 u(,:)=0. u(:,)=0. do i=, do =,!συντελεστές a=*(+*(dt/(h**))) b=dt/(h**) e=*(-*(dt/(h**))) u(i,)=(b*(u(i-,)+u(i+,)+u(i,-)+u(i,+)+uold(i-,)+uold(i+,)+uold(i,-)+uold(i,+))+e*uold(i,))/a!έλεγχος για τερματισμό temp(:,:)=abs(u(:,:)-uold(:,:)) if(maxval(temp)<err) the doe= edif m=m+ ope(,file='res_crak.txt',recl=0000) do i=,+ write(,'((f6.,x))') u(i,:) prit*, 'Crak-Nicolso' prit*, m-,'max' edif ed program rito_peplegmeo_c