w 1, z = 2 και r = 1

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

y 1 και με οριακές συνθήκες w

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

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

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

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

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

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

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

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

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

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

Κεφ. 7: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

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

Κεφάλαιο 7. Επίλυση υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

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

Επίλυση παραβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

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

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΜΑΖΑΣ

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 2: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 8: Ανάλυση ευστάθειας & Συναγωγή και διάχυση

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 6: Εξίσωση διάχυσης (συνέχεια)

Αριθμητική επίλυση του προβλήματος της Αγωγής Θερμότητας.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 3: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων (συνέχεια)

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 7ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Ορίζουσες Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

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

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

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

Υπολογιστικές Μέθοδοι

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

Πρόλογος Εισαγωγή στη δεύτερη έκδοση Εισαγωγή... 11

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

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

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

Αριθμητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστημάτων

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

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

z είναι οι τρεις ανεξάρτητες

ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

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

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 9: Συναγωγή και διάχυση (συνέχεια)

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β. ΚΑΤΑΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΝΟΝΙΚΩΝ ΤΡΟΠΩΝ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ D.O. S Density Of States

Πίνακας Περιεχομένων 7

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 1: Εξισώσεις διατήρησης

Παραδείγματα διπλών oλοκληρωμάτων Γ. Λυχναρόπουλος

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

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΟΜΑΛΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ (Ε.Ο.Μ.Κ.) Με διάγραμμα :

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

Γραμμική Διαφορική Εξίσωση 2 ου βαθμού

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου 25/9/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

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

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ

Παρουσίαση 3ης Άσκησης

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

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΔΟΜΟΣΤΑΤΙΚΗΣ

Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Κεφάλαιο 12: Υδραυλική ανάλυση δικτύων διανομής

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΟΥΣ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥΣ

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

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

Κεφάλαιο 4: Στοιχεία της εκδοχής hp της ΜΠΣ στις 2- διαστάσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 4: Εξίσωση διάχυσης

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Σημειώσεις Μαθήματος. Διάλεξη 10: Ολοκλήρωση Συνήθων Διαφορικών Εξισώσεων: Προβλήματα Συνοριακών Τιμών Μίας Διάστασης (1D)

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

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ

0.5, Μεταφορά θερμότητας ανάμεσα σε κυλίνδρους μεγάλου μήκους (χωρίς ασπίδα):

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Κεφάλαιο 0: Εισαγωγή

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 09/11/2017. Άσκηση 1. Να βρεθεί η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης. dy dx = 2y + x 2 y 2 2x

Κεφάλαιο 1. Αριθµητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστηµάτων

Το μαθηματικό μοντέλο της FDTD (1)

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Διαφορικές Εξισώσεις.

1 3 (a2 ρ 2 ) 3/2 ] b V = [(a 2 b 2 ) 3/2 a 3 ] 3 (1) V total = 2V V total = 4π 3 (2)

η απόσταση d γίνεται ελάχιστη. Τα αντίστοιχα σημεία των καμπυλών είναι: P, P, , P, P, ( 2) ,

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφαλαιο 7: Η ΜΠΣ για ελλειπτικά προβλήματα με μη-ομαλές λύσεις

Μηχανική του στερεού σώματος

Εξίσωση Laplace Θεωρήματα Μοναδικότητας

1.1. Διαφορική Εξίσωση και λύση αυτής

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

10. Εισαγωγή στις Μεθόδους Πεπερασμένων Στοιχείων (ΜΠΣ)

Αστικά υδραυλικά έργα

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

Κυκλώματα, Σήματα και Συστήματα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

Σημειώσεις του μαθήματος Μητρωϊκή Στατική

v(t) = Ri(t). (1) website:

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 5: Γραφική Μέθοδος Υπολογισμού του Συνελικτικού Ολοκληρώματος. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Transcript:

ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, 008-009, 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #4: ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: 0..009 ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. Βαλουγεώργης Δίδεται η διαφορική εξίσωση Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος w w w + = ( ), 0, z > 0 () z με τις συνθήκες w (,0) = 0, ( ) w, z = και w = 0 = 0. () Να υπολογισθεί αριθμητικά η συνάρτηση wz (, ). Να γίνει ανάλυση ευστάθειας και συνοχής του προτεινόμενου αριθμητικού σχήματος. Λύση Οι εξισώσεις () και () περιγράφουn τη θερμοκρασιακή κατανομή wz) (, ενός ρευστού που ρέει μέσα σε κύλινδρο, το οποίο αρχικά έχει αδιάστατη θεμοκρασία ίση με το μηδέν και σταδιακά θερμαίνεται επειδή τα τοιχώματα του κυλίνδρου βρίσκονται σε σταθερή θερμοκρασία μεγαλύτερη του μηδενός (βλέπε Σχήμα ). w = 0 = z=, 0 z w = w = 0 0 3 N N = 0 = Σχήμα Λόγω αξισυμμετρίας αρκεί να επιλύσουμε την () πάνω στην ακτίνα του κυλίνδρου και κατά μήκος του άξονα z. Επιλέγουμε ένα πλέγμα N κόμβων στην

κατεύθυνση. Επίσης, στην κατεύθυνση κόμβων με βήμα Δ z. z καθορίζουμε ένα πεπερασμένο πλήθος Διακριτοποιούμε την () στον τυχαίο κόμβο ( in, ) του πλέγματος χρησιμοποιώντας το ρητό σχήμα με πρόδρομη πεπερασμένη διαφορά ης τάξης στη κατεύθυνση z και κεντρώες πεπερασμένες διαφορές ης τάξης στη κατεύθυνση. w w + w w w w w n n n n n n+ n i+ i i i+ i i i + = ( i ) Δ i Δ Δz n n n n n n+ n i+ i + i i+ i i i ( ( i ) ) w w w w w w w + = Δ Δ iδ Δ Δz n+ n λ n n wi = w λ i + w i + + λ ( i ) i ( i Δ ) ( i ) i w i + Δ Δ i =,..., N, n=,,... (3) Δz n Σημειώνεται ότι λ =. Ειδικά για τον κόμβο w χρησιμοποιούμε την οριακή Δ 0 dw συνθήκη = 0, την οποία διακριτοποιούμε χρησιμοποιώντας πρόδρομες d = 0 πεπερασμένες διαφορές ως εξής: n w w = 0 w = w n n n 0 0 (4) Το πρόγραμμα σε Fotan το οποίο επιλύει την ΕΠΔ (3) είναι το ακόλουθο: Pogam FTBS implicit none intege,paamete:: N=6!Aithmos kombwn. O pwtos kombos sth thesh 0 kai o teleytaios sth thesh N-. eal,paamete::dz=0.0! Bhma z intege,paamete::zmax=50! Megistos aithmos bhmatwn sthn z akteythinsh eal::w(0:n-),wold(0:n-),(0:n-) intege::i,j,k eal::d,a,b d=./(n-)!bhma open(,file='es_all.txt',recl=0000) do i=0,n- (i)=i*d!axikes times w(0:n-)=0. w(n-)=. do k=,zmax wold=w w(0)=wold()! Oiakh syntikh symmetias do i=,n-

a=dz/(d** * (-(i)**)) b=dz/(*d * (i)*(-(i)**)) w(i)=a*(wold(i-)-*wold(i)+wold(i+))+b*(wold(i+)-wold(i- ))+wold(i) w(n-)=.! Oiakh synthikh pint* pint '(A,I3,F7.4)','-------------',k, k*dz pint '(<N>F7.4)', w wite(,'(<n+>(f7.4))'),k*dz,w close() end pogam Τα αποτελέσματα του κώδικα για N = 6 κόμβους, βήμα Δ z = 0.0 και απόσταση 0 z 0.5παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα: z 0 3 4 5 0 0 0 0 0 0 0.0 0 0 0 0.565 0.0 0 0 0 0.7 0.9549 0.03 0 0 0.649 0.5909.639 0.04 0 0.035 0.37 0.9555.90 0.05 0.035 0.773 0.5 0.9034.644 0.06 0.773 0.98 0.585..473 0.07 0.98 0.3934 0.76.04.6653 0.08 0.3934 0.507 0.7884.335.5858 0.09 0.507 0.60 0.89.49.6953 0. 0.60 0.707 0.9599.336.663 0. 0.707 0.79.044.36.779 0. 0.79 0.877.05.447.783 0.3 0.877 0.9549.73.4545.76 0.4 0.9549.03.9.50.768 0.5.03.098.86.536.790 0.6.098.67.3355.5695.797 0.7.67.8.384.597.874 0.8.8.774.47.68.86 0.9.774.386.4684.659.846 0..386.3766.5059.6789.8507 0..3766.408.544.7008.869 0..408.46.5738.78.875 0.3.46.5004.6043.74.885 0.4.5004.536.634.7608.8893 0.5.536.569.6586.7776.8977 0.6.569.5997.689.7936.9046 0.7.5997.68.7055.808.97 0.8.68.6547.764.89.978 0.9.6547.6793.7459.8345.938 0.3.6793.70.764.8464.99 0.3.70.733.7808.8573.934

0.3.733.743.7964.8674.9388 0.33.743.763.809.8769.943 0.34.763.7783.844.8856.9473 0.35.7783.794.8369.8938.95 0.36.794.8088.8485.904.9545 0.37.8088.84.8593.9084.9578 0.38.84.835.8693.949.9608 0.39.835.8468.8786.9.9636 0.4.8468.8577.8873.966.966 0.4.8577.8678.8953.938.9686 0.4.8678.877.907.9367.9708 0.43.877.886.9097.94.979 0.44.886.894.96.9454.9748 0.45.894.906.9.9493.9766 0.46.906.9086.976.959.9783 0.47.9086.95.938.956.9798 0.48.95.9.9376.9593.983 0.49.9.968.94.96.986 0.5.968.93.946.9649.9838 Παρατηρούμε ότι καθώς προχωρούμε προς την z κατεύθυνση, όλοι οι κόμβοι του πλέγματος στην κατεύθυνση τείνουν να πάρουν την οριακή τιμή. Ευστάθεια n n akiδ Θέτουμε στην (3) ui Ψ e, i = 0,,,..., N, n= 0,,..., N με a =, n+ Ψ ± akδ ξ = και χρησιμοποιώντας τις ταυτότητες: e = cos( kδ ) ± asin( kδ ) Ψ n παίρνουμε: λ λ ξ = + ( cos( kδ) asin( kδ ) ) + ( i ) ( i ) i Δ Δ λ + + ( cos( kδ ) + asin( kδ) ) iδ i ( ) λ λ ξ = + cos( k ) asin k Δ + ( Δ ) ( iδ) ( iδ) i λ λ ξ = cos( kδ ) + a sin( kδ) iδ iδ i ( ) [ ] ( ) Για να έχουμε ευστάθεια θα πρέπει ξ <.

Συνοχή Αναπτύσσουμε σε σειρά Taylo τους όρους: n+ n Δz wi = wi +Δ zwz + wzz + O[ Δz 3 ] (5) και 3 4 n n Δ Δ Δ 5 wi ± = wi ±Δ w + w ± w + w ± O[ Δ ] (6) 3! 4! Αντικαθιστούμε τις (5) και (6) στην (3) παίρνουμε: Δ 4 6 3 5 Δ w + w + O[ Δ] Δ w [ ] + Δ w + OΔ 3 ( i ) Δz 3 + = zw [ ] Δ z + wzz + O Δz i z Δ Δ Δ Δ Δz w w O w w O w w O z 4 4 + + [ Δ ] + + Δ + [ Δ ] = ( i ) z + zz + [ Δ ] i 6 Δz 4 w + w ( i ) wz = ( i ) wzz + O[ Δz ] w + w Δ + O[ Δ ] i 6i Επομένως το αριθμητικό σχήμα που χρησιμοποιήσαμε έχει συνοχή αφού καθώς τα Δ 0 και Δz 0 η ΤΔΕ ανάγεται στην ΜΔΕ.

ΑΣΚΗΣΗ Δίδονται το πρόβλημα αρχικών οριακών τιμών w w w x y t, t > 0, 0< x,y< () + = w ( 0,x,y ) = 0, w (,y) w( x, ) w( x, ) και το πρόβλημα οριακών τιμών w x w y + = 0 0 = = 0 0, w,y = 00 (), 0< x,y< ( 0 ) ( ) ( 0) = 0 ( ) w,y = w x, = w x,, w,y = 00 = ( ) Α) Να περιγραφεί για κάθε πρόβλημα ένα φυσικό φαινόμενο που μοντελοποιείται με βάση τα ανωτέρω μαθηματικά μοντέλα. Β) Να επιλυθούν αριθμητικά τα δύο προβλήματα. Εφαρμόστε στο πρόβλημα αρχικών οριακών τιμών το ρητό σχήμα, ενώ στο πρόβλημα οριακών τιμών το αλγεβρικό σύστημα που προκύπτει να επιλυθεί με την μέθοδο Jacobi. Τα αποτελέσματα να δοθούν σε πίνακες. Γ) Να συγκριθούν και να σχολιασθούν τα αριθμητικά αποτελέσματα των δύο προβλημάτων. Λύση Β) Διακριτοποιούμε την () χρησιμοποιώντας το ρητό σχήμα: n n n n n n n+ n wi+, j wi, j+ wi, j wi, j+ wi, j+ wi, j wi, j wi, j + = Δx Δy Δt + Δt Δt w = w + w w w w w w + + + + + Δx Δy ( ) ( ) n n n n n n n n i, j i, j i, j i, j i, j i, j i, j i, j (3) Ο κώδικας σε Fotan που επιλύει το πρόβλημα είναι ο ακόλουθος: Pogam FTBS implicit none intege,paamete:: Nx=6,Ny=Nx!Aithmos kombwn. O pwtos kombos sth thesh 0,0 kai o teleytaios sth thesh Nx-,Ny-. eal,paamete::dt=0.0! Bhma z intege,paamete::tmax=00! Megistos aithmos xonikwn bhmatwn eal::w(0:nx-,0:ny-),wold(0:nx-,0:ny-) intege::i,j,t eal::dx,dy,a,b

dx=./(nx-)!bhma x dy=./(ny-)!bhma y open(,file='esults.txt',recl=0000)!axikopoihsh pinaka w=0. do t=,tmax wold=w!oiakes synthikes w(0,:)=0. w(:,ny-)=0. w(:,0)=0. w(nx-,:)=00. do i=,nx- do j=,ny- w(i,j)=wold(i,j)+(dt/dx**)*(wold(i+,j)-*wold(i,j)+wold(i-,j))+(dt/dy**)*(wold(i,j+)-*wold(i,j)+wold(i,j-)) pint* pint '(A,I3,F7.)','-------------',t, t*dt do j=ny-,0,- pint '(<Nx>F5.7)', w(:,j) wite(,'(<nx+>(f5.7))'),t*dt,w(:,j) close() end pogam Τα αποτελέσματα του κώδικα για Nx = Ny = 6 κόμβους και χρονικό βήμα Δ t = 0.0 παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα. Στον πίνακα εμφανίζονται αποτελέσμτα σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές με τελική χρονική στιγμή το t = (00 χρονικά βήματα). Χρονικό βήμα t 0.00 i=0 i= i= i=3 i=4 i=5 j=4 0 0 0 0 0 00 j= 0 0 0 0 0 00 j= 0 0 0 0 0 00 0.0 j=4 0 0 0 0 4.999998 00

j=5 0 0 0 0 4.999998 00 j= 0 0 0 0 4.999998 00 j= 0 0 0 0 4.999998 00 0.0 j=4 0 0 0 6.49999 3.5 00 j=5 0 0 0 6.49999 37.5 00 j= 0 0 0 6.49999 37.5 00 j= 0 0 0 6.49999 3.5 00 0.05 j=4 0 0.78499 4.9983 4.4535 40.36788 00 j=5 0.78748 5.9570308 0.35 50.785 00 j= 0.78748 5.9570308 0.35 50.785 00 j= 0 0.78499 4.9983 4.4535 40.36788 00 0. j=4 0 3.09375 8.46590 9.78059 43.836 00 j=5 0 4.734535.97533 8.79859 56.85597 00 j= 0 4.734535.97533 8.79859 56.85597 00 j= 0 3.09375 8.46590 9.78059 43.836 00 0. j=4 0 3.97859 8.9436769 0.73447 44.58863 00 j=5 0 5.795006 3.739085 9.6007633 57.3709488 00 j= 0 5.795006 3.739085 9.6007633 57.3709488 00 j= 0 3.97859 8.9436769 0.73447 44.58863 00 0.5 j=4 0 4.00878 0.048489.465775 44.907337 00

j=5 0 6.39854 5.644 3.556863 58.5840759 00 j= 0 6.39854 5.644 3.556863 58.5840759 00 j= 0 4.00878 0.048489.465775 44.907337 00 0.5 j=4 0 4.54569 0.984387.3479557 45.4546 00 j=5 0 7.964397 7.0445976 3.9536896 59.469658 00 j= 0 7.964397 7.0445976 3.9536896 59.469658 00 j= 0 4.54569 0.984387.3479557 45.4546 00 0.5 j=4 0 4.545894 0.984498.3480568 45.454809 00 j=5 0 7.965408 7.044767 3.9538536 59.469688 00 j= 0 7.965408 7.044767 3.9538536 59.469688 00 j= 0 4.545894 0.984498.3480568 45.454809 00 0.9 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 0.9 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 0.9 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00

j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 0.93 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 0.94 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 0.95 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=4 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00 j=5 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 7.969676 7.045450 3.9545403 59.46969 00 j= 0 4.5454535 0.984846.34848 45.454544 00

Για το πρόβλημα οριακών τιμών έχουμε: w w + = 0, 0 < x, y < (4) x y w(0, y) = w( x,) = w( x,0) = 0, w(, y) = 00 (5) Υποθέτουμε ένα ορθογώνιο πλέγμα 0,..., Nx κόμβων στην x κατεύθυνση και 0,..., Ny κόμβων στην y κατεύθυνση. Διακριτοποιούμε στον τυχαίο εσωτερικό κόμβο πεπερασμένες διαφορές: wi+, j wi, j+ wi, j wi, j+ wi, j+ wi, j + = 0 Δx Δy ( ) ( ( ) ( ) ( i+, j i, j i, j i, j+ i, j i, j (, i j) Δy w w + w +Δx w w + w = Δ y +Δ x w =Δ y w + w +Δ x w + w i, j i+, j i, j i, j+ i, j ) 0 ) του πλέγματος με κεντρώες Επιλύοντας το σύστημα με την επαναληπτική μέθοδο Jacobi παίρνουμε: ( ) ( ) ( n+ ) Δy ( n) ( n) Δx ( ) ( ( n) ( n) wi, j = w i+, j+ wi, j + w i, j+ + wi, j ) (6) Δ y +Δx Δ y +Δx i =,..., Nx, j =,..., Ny, όπου με ( n) δηλώνουμε τις διαδοχικές επαναλήψεις. Αν τώρα υποθέσουμε ότι Δ x =Δ y η εξίσωση (6) απλοποιείται στην ( n+ ) ( n) ( n) ( n) ( ) wi, j = ( wi+, j+ wi, j+ wi, j+ + w n i, j ) (7) 4 Ο κώδικας σε Fotan που επιλύει το πρόβλημα είναι ο ακόλουθος: Pogam Laplace implicit none intege,paamete:: Nx=6,Ny=Nx!Aithmos kombwn. O pwtos kombos sth thesh 0,0 kai o teleytaios sth thesh Nx-,Ny-. intege,paamete::nmax=5000! Megistos aithmos iteation eal,paamete::e=.e-5 eal::w(0:nx-,0:ny-),wold(0:nx-,0:ny-) intege::i,j,k eal::dx,dy,a,b dx=./(nx-)!bhma x dy=./(ny-)!bhma y open(,file='esults.txt',recl=0000)!axikopoihsh pinaka w=0. do k=,nmax wold=w!oiakes synthikes w(0,:)=0.

w(:,ny-)=0. w(:,0)=0. w(nx-,:)=00. do i=,nx- do j=,ny- w(i,j)=0.5*(wold(i+,j)+wold(i-,j)+wold(i,j+)+wold(i,j-)) pint* pint '(A,I3,F7.)','-------------',k, maxval(abs(w-wold)) do j=ny-,0,- pint '(<Nx>F5.7)', w(:,j) wite(,'(<nx+>(f5.7))'),k,w(:,j)!check gia sygklish if (maxval(abs(w-wold))<e) exit close() end pogam Για σύγκριση των δύο προβλημάτων εκτελέσαμε τον κώδικα για Nx = Ny = 6 κόμβους και μέγιστο απόλυτο σφάλμα =0-5. O κώδικας συνέκλινε μετά από 66 επαναλήψεις και τα αποτελέσματα παρουσιάζεται στον ακόλουθο πίνακα. i=0 i= i= i=3 i=4 i=5 j= 0 4.54544 0.98486.348463 45.454536 00 j= 0 7.969476 7.045497 3.9545097 59.469673 00 j=3 0 7.969476 7.045497 3.9545097 59.469673 00 j=4 0 4.54544 0.98486.348463 45.454536 00 Παρατηρούμε ότι, όπως ήταν αναμενόμενο, τα παραπάνω αποτελέσματα συμπίπτουν με αυτά του πρώτου προβλήματος καθώς το t.