美文网首页
数值计算的误差分析(一维显式格式)

数值计算的误差分析(一维显式格式)

作者: 自笔杆 | 来源:发表于2020-01-31 16:23 被阅读0次

1、帕克莱数

首先介绍一下何为帕克莱数(Pe数):佩克莱数(Peclet number,简称Pe数)是一个在连续传输现象研究中经常用到的一个无量纲数。其物理意义为对流速率与扩散速率之比,其中扩散速率是指在一定浓度梯度驱使下的扩散速率。

Pe=v/u=vL/α 其中v为特征速度,L为特征长度,α为特征扩散系数.u=α/L

由上式可以看出帕克莱数越大,对流运输占比越大。

对流-扩散方程的离散过程中,扩散项二阶导数的中心差分离散格式有优良的物理特性和计算精度。

2、正系数法则

正系数法则的提出是为了离散格式的稳定,避免出现随着迭代的进程,节点计算值的波动,这个与离散格式的稳定性有关。

非正系数下的计算错误

3、初值问题的稳定性

    非稳态问题中,计算是由着初始条件一步步的向前推进,初始条件给的误差以及各个时层计算引入的误差,如果随着计算时间的推移初始条件引入的误差不断的被放大则物理问题的解会被破坏,得不到正确解,此时初始问题不具有稳定性。初始问题的稳定性是一个离散格式的固有属性。这一思想也可以应用在离散格式对待误差上,格式的稳定性也是看误差的随时间的变化。

    误差随时间的传递问题不介绍了,主要是由n个方程(显式格式)组合成的矩阵A,既是求解的方程组的矩阵也是误差传递的矩阵(边值为0条件下)。

    误差矢量在计算过程中的传递,可以将误差矢量分解成若干个不同频率的分量的迭加组成,离散点的误差既是各个分量的迭加结果,将其中一个分量进行分析[1]。

初值稳定性-1 初值稳定性-2

4、离散格式的迁移性

中心差分格式与迎风格式的差异体现在对对流项的差分上,中心差分格式以本节点前后的节点数值进行差分,迎风(背风)格式以来流方向的节点值与本节点的数值进行差分。

守恒方程中对流项的中心差分格式不具有迁移性,即它使得扰动向两边扩散,且进行微分方程离散时不能保证正系数法则,迎风差分格式时具有迁移性,扰动随着对流的方向传递,且在满足一定条件可以保证正系数法则。Pe数比较大,可以看出对流作用比较剧烈时,且网格划分受到限制时,慎用中心差分格式。

离散方程还需要具有守恒性:1、控制方程守恒;2、物理量及其导数是连续的。

一阶迎风格式稳定性好,看起来结果合理,但是误差大,基本被限制。

差分格式稳定性分析的目的是为了找到允许的最大时间步长。

库朗数Courant number实际上是指时间步长和空间步长的相对关系。

c=\frac{u\Delta t}{\Delta x}

Courant数决定时间步长与网格尺寸,Pe数决定离散格式?

[1] 陶文铨编著.数值传热学.西安:西安交通大学出版社[M],2001.59-60.

相关文章

  • 数值计算的误差分析(一维显式格式)

    1、帕克莱数 首先介绍一下何为帕克莱数(Pe数):佩克莱数(Peclet number,简称Pe数)是一个在连续传...

  • 数值分析:误差

    1 误差的来源 模型误差:数学模型与实际问题之间出现的误差 方法误差:由数值计算方法所得到的近似解与模型的准确解的...

  • 机器学习先导课《数值分析》(1)——绪论及误差分析

    数值分析——绪论及误差分析 数值分析——绪论及误差分析[#%E6%95%B0%E5%80%BC%E5%88%86%...

  • Matlab

    Matlab的数学计算=数值计算+符号计算 矩阵 矩阵生成 通过显式元素列表输入矩阵 通过语句生成矩阵 from:...

  • 数值分析复习day01

    第一天复习数值分析计算和第二章插值法。 1.什么是绝对误差? 比如x=1.23,x*=1.234,则绝对误差为|1...

  • 03-数据类型转换

    数值类型转换 C语言中存在显式转换和隐式转换 Go语言中只有显式转换 Go语言中数值类型转换注意点 数值类型转换为...

  • Double类型运算的精度问题

    浮点数值不适用于无法接受舍入误差的计算中。 舍入误差的主要原因在于浮点数值采用二进制系统表示,而二进制系统中无法精...

  • 乖乖之死和数值误差分析

    谨以此文纪念逝去的幼小生命…… 乖乖死了。 收到这个消息时我正在上课。接到老婆哭哭啼啼打过来的电话令我一阵心酸,分...

  • MPC-Berkeley 轨迹跟踪

    参考https://github.com/MPC-Berkeley 计算轨迹点误差方法 离线分析路径跟踪误差1.离...

  • 白塞尔公式的理解和记忆

    第一公式为知道真值的中误差公式 第二公式为不知道真值,用平均值计算的改正数的中误差公式,白塞尔公式。 真误差的平方...

网友评论

      本文标题:数值计算的误差分析(一维显式格式)

      本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/lkigthtx.html