Математика

Температурный расчет с помощью вычислений информационной математики


                                                           Постановка
задачи.

      По длинной квадратного сечения трубе  течет  горячая  жидкость.  Труба
наполовину погружена в ледяную ванну, так, что температура  нижней  половины
поверхности трубы равна  00 С.  Верхняя  плоскость  трубы  имеет  постоянную
температуру 100 0 С.  На участке между ледяной ванной и  верхней  плоскостью
температура наружной поверхности трубы изменяется линейно по высоте от  0  0
С до 100 0 С. Жидкость внутри трубы имеет температуру 200 0 С.



                                  Рис.  3.
      Распределение температуры [pic]в теле трубы удовлетворяет уравнению
                                                             [pic]
      С погрешностью не более 0,5 0 С вычислить распределение температуры  в
теле трубы.

|Дискретизаци|Метод конечных разностей             |+    |
|я           |                                     |     |
|задачи      |Метод конечных элементов             |     |
|Решение     |Метод Гаусса                         |     |
|системы     |Метод Зейделя                        |+    |
|линейных    |Метод последовательной верхней       |     |
|            |релаксации                           |     |
|уравнений   |Метод релаксация по строкам          |     |
|Вывод       |Библиотечная графическая подпрограмма|     |
|результатов |Алфавитно-цифровой, мозаичный        |+    |



                                        Математическая формулировка задачи.
   Решить диф.уравнение в частных производных:
                                                              [pic]
с задаными началиными условиями на границах области дифференцирования.
   При решении уравнения приблизительно заменю производные второго порядка
конечно-разностными отношениями:

                                                   [pic]
в результате чего диф.уравнение преобразуется в 5-ти диаганальную систему
алгеброических уравнений n-го порядка.
   Систему алгеброических уравнений буду решать методом Зейделя.
   Погрешность решения задачи найду по формуле:
                                                       [pic]
где, [pic] и [pic] -решения,полученные для одной и той же точки с разными
шагами.



                                                       Функциональная схема.



                          Метод конечных разностей.
                                                           Описание метода.
  Так назван метод решения краевых задач, основанный на приближенной замене
производных, входящих в дифференциальные уравнения и краевые  условия,
нонечно-разностными отношениями. Эта замена позволяет свести краевую задачу
к задаче решения системы алгебраических уравнений.
   Конечные разности и производные.Пусть некоторая функция y(x) задана на
отрезке [a,b]. Будем считать, что она непрерывна и многократно
дифференцируема на этом отрезке. Разделим отрезок на равные части длиною h
и обозначим точки деления x0,x1,...,xi,...,xn.Значения функции в этих
точках обозначим соответственно y0,y1,...,yi,...,yn.Первой центральной
разностью в i-й точке (i=1,2,...,n-1) называют разность:

                                                       [pic]

   С помощью этой разности можно приближенно вычислить значение первой
производной у` в   i-й точке.
   Разложим функцию y(x) в степенной ряд. приняв за центр разложения точку
xi и ограничившись четырьмя членами:
          [pic]
где [pic]
   Аналогично найдем значение ф-ции и в точке[pic],отстоящей от центра
разложения на шаг (-h):

           [pic]
где [pic].
   Подставляя получим:
                                [pic]
   Таким образом,производная y` приближонно заменяется конечно-разностным
отношением с ошибкой порядка h*h:
                                                       [pic]
   Второй центральной разностью ф-ции y(x) в i-й точке называют величину:
                                                    [pic]
   С помощью этой разности можно приближонно вычислить значение второй
производной y`` в i-й точке.Используем теперь 5 членов разложения в ряд
Тейлора:
[pic]
   Таким образом,вторая производная y`` с ошибкой порядка h*h может быть
приближонно заменена конечно-разностным отношением:
                                            [pic]
   При определении разностей в i -и точке использовались значения функции в
точках, расположенных симметрично относительно xi . Поэтому эти разности
называются центральными.
   Существуют также левые и правые разности, использующие точки,
расположенные соответственно левее и правее точки xi. С помощью этих
разностей можно также приближенно вычислять значения производных, но
погрешность при этом будет больше -порядка h.
   Разностные системы уравнений составляются в следующем порядке.
1. Исходное дифференциальное уравнение преобразуют к такой форме, чтобы
затем получить из него наиболее простую разностную систему уравнений. При
этом учитывают, что коэффициенты при производных войдут в разностную схему
одновременно в несколько ее членов и затем будут распространены на всю
систему уравнений. Поэтому желательно иметь единичные коэффициенты при
производных в исходном уравнении.
2. На интервале интегрирования исходного уравнения устанавливают
равномерную сетку с шагом h и записывают разностную схему, приближенно
заменяя производные соответствующими центральными конечно-разностными
отношениями.
3.Применяя разностную схему для узлов сетки записывают разностные
уравнения. При этом  можно  получить  уравнения содержащие так называемые
внеконтурные неизвестные, то есть неизвестные в точках, лежащих за
пределами установленной сетки.
4.В разностной форме записывают краевые условия и составляют полную систему
разностных уравнений.

                                      Оценка погрешности решения краевой
задачи
   Решение разностной системы уравнений дает приближенное решение краевой
задачи. Поэтому возникает вопрос о точности этого приближенного решения.
   Для линейных краевых задач доказана теорема о том, что порядок точности
решения краевой задачи не ниже порядка точности аппроксимации производных
конечно-разностными отношениями. Оценку погрешности производят приемом
Рунге. Краевую задачу решают дважды: с шагом сетки h и с шагом сетки H=kh,
погрешность решения с малым шагом h оценивают по формуле:
                                                 [pic]
где y(h) и y(H) - решения, полученные для одной и той же точки -xi отрезка
интегрирования с разными шагами. Относительную погрешность E оценивают по
формуле:
                                                [pic]
   Если при составлении разностной системы уравнений используются левые или
правые разности, то погрешность решения будет выше, порядка 0(h), и для ее
оценки в формулах следует заменить k*k  на k .
      Применение метода конечных разностей для решения уравнений в частных
проиэводных
Для применения разностного метода в области изменения независимых
переменных вводят некоторую сетку. Все производные, входящие в уравнение и
краевые условия, заменяют разностями значений функции в узлах сетки и
получают таким образом алгебраическуго систему уравнений. Решая эту
систему, находят приближенное решение задачи в узлах сетки.



                                                              Блок схема.



                              Подпрограмма МКР.
c------------------------------------------------------------------
c             ПОДПРОГРАММА СОСТАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
c                                   МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
c
c    real H-шаг по оси X
c    real K-шаг по оси Y
c    real N-количество уравнений(примерное число,желательно N=M*P)
c    real y(6,N)-выходной массив уравнений,содержащий следующие поля:
c            y(1,N)-номер точки по оси X
c            y(2,N)-номер точки по оси Y
c            y(3,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)-1,y(2,N))
c                       y(3,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(4,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)-1)
c                       y(4,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(5,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)+1,y(2,N))
c                       y(5,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(6,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)+1)
c                       y(6,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c    integer M-число узлов по оси X
c    integer P-число узлов по оси Y
c    real Q(M,P)-массив значений Y
c    integer N-выходное количество получившихся уравнений
c------------------------------------------------------------------
      subroutine mkr(H,K,N,y,M,P,q)
      integer M,P,IIX,IIY,NN,N,KR1,KR2,KR3
      real y(6,N),H,K,q(M,P),HX,KY

c-----------------------------------------------------------------
c                 подсчитываю коэфициенты
c                    h^2/(2*(h^2+k^2))
c                            и
c                    k^2/(2*(h^2+k^2))
c-----------------------------------------------------------------
      HX=H**2/(2*(H**2+K**2))
      KY=K**2/(2*(H**2+K**2))

c-----------------------------------------------------------------
c                    составление уравнений
c                              и
c                присваивание начальных значений
c
c                    nn-счетчик уровнений
c                iix-номер текущего узла по оси X
c                iiy-номер текущего узла по оси Y
c-----------------------------------------------------------------
      NN=0
      KR1=((P-1)/8)*3+1
      KR2=((P-1)/8)*5+1
      KR3=((M-1)/4)*3+1
      do IIY=2,P-1
      do IIX=2,M
      if (NN.eq.N)then
                        print *,'ПЕРЕПОЛНЕНИЕ МАССИВА Y'
                        stop
      endif

c-----------------------------------------------------------------
c                проверка границы трубы с жидкостью
c-----------------------------------------------------------------
      if ((IIY.ge.KR1).and.(IIY.le.KR2).and.(IIX.ge.KR3)) then
             q(IIX,IIY)=200.

c-----------------------------------------------------------------
c                       проверка симметрии
c-----------------------------------------------------------------
      elseif (((IIY.lt.KR1).or.(IIY.gt.KR2)).and.(IIX.eq.M)) then
             q(IIX,IIY)=6
             NN=NN+1
             y(1,NN)=IIX
             y(2,NN)=IIY
             y(3,NN)=2*HX
             y(4,NN)=KY
             y(5,NN)=0
             y(6,NN)=KY

c-----------------------------------------------------------------
c          составление уравнений во внутренних точках фигуры
c-----------------------------------------------------------------
      else
             q(IIX,IIY)=5
             NN=NN+1
             y(1,NN)=IIX
             y(2,NN)=IIY
             y(3,NN)=HX
             y(4,NN)=KY
             y(5,NN)=HX
             y(6,NN)=KY
      endif
      enddo
      enddo

c-----------------------------------------------------------------
c        присваивание начальных значений на границе фигуры
c------------------------------------------------------------------
      KY=0
      KR1=P/2+1
      do IIY=1,P
      if (IIY.le.KR1)then
                         q(1,IIY)=0
                    else
                         q(1,IIY)=500*KY-100
      endif
      KY=KY+K
      enddo
      do IIX=1,M
      q(IIX,1)=0
      q(IIX,P)=100
      enddo
      N=NN
      end
                                                                    ТЕСТ

Для тестирования составлю разностную систему с шагом вдоли оси X и Y=0.05



   Неизвестные значения в узлах матрицы находящихся внутри фигуры
высчитываются по формуле:
[pic]

   Неизвестные значения в узлах матрицы находящихся на оси симметрии
высчитываются по формуле:
      [pic]

                               МЕТОД ЗЕЙДЕЛЯ.
   Метод Зейделя относится к числу итерационных методов, в которых
принципиально отсутствует фактор накопления погрешностей. Поэтому он широко
применяется для решения больших систем уравнений. Будем рассматривать корни
решаемой системы как компоненты некоторого вектора у . Основная идея всех
итерационных методов заключается в том, что берется приближенное значение
вектора у и по формулам, составленным на основании решаемых уравнений,
вычисляется новое приближенное значение вектора у . Назовем эти
приближенные значения y(k) и y(k+1) соответственно. Поскольку исходное
приближение выбиралось произвольно, то у(k+1)в свою очередь может послужить
исходным для получения по тем же формулам нового приближения y(k+2) .
Очевидно, этот процесс можно продолжать сколь угодно долго. Говорят, что
процесс итераций сходится, если получаемая при этом последовательность
векторов у(k)   (к=0,1,2,...} имеет своим пределом вектор y,являющийся
точным решением системы:

                   [pic]
   На практике невозможно достигнуть этого предела, но можно приблизиться н
нему с любой наперед заданной точностью. Так и поступают задаются некоторой
погрешностью, вектором начального приближения и получают последовательные
приближения до тех пор, пока действительная погрешность корней не станет
меньше заданной.
Различные методы отличаются друг от друга способом вычисления очередного
приближения, но во всех методах существуют две главные проблемы:
       обеспечение сходимости процесса итераций;
       оценка достигнутой погрешности.
   Пусть дана линейная система
                                                        [pic]

   Предполагая, что диагональные коэффициенты
                                                            aii<>0
(i=1,2,..,n)
разрешим первое уравнение относительно y1 , второе - относительно y2 и т.д.
Тогда получим эквивалентную систему


                                           [pic]

где
           [pic]                     при   i<>j

и
         [pic]         при i=j  (i,j=1,2,...,n)
   Такую систему будем в дальнейшем называть приведенной.
   Метод Зейделя заключается в следующем. Выбрав вектор начального
приближения
                                             y(ср)=(y1,y2,...,yn)
подставим его компоненты в правую часть первого уравнения системы и
вычислим первую компоненту  y`1 нового вектора y`(ср)   . В правую часть
второго уравнения подставим компоненты (y`1,y2,y3,...,yn) и вычислим вторую
компоненту y`2'нового вектора. В третье уравнение подставим
(y`1,y`2,y3,...,yn) и т.д. Очевидно,подстановкой в каждое уравнение мы,
дойдя до последнего уравнения, обновим все компоненты исходного вектора и
получим первое приближение к решению
                  y`(ср)=(y`1,y`2,y`3,...,y`n)
   Далее , взяв в качестве исходного вектор  у`(ср)   , выполним вторую
итерацию и получим y``(ср). Этот процесс будем продолжать до достижения
заданной степени точности.

                         Оценка погрешности приближений процесса Зейделя
Для оценки погрешности прежде всего вычисляют показатель скорости
сходимости

[pic]

То есть для каждой строки матрицы коэффициентов системы [pic]
вычисляется сумма модулей коэффициентов, лежащих правее главной диагонали
[pic] :


           [pic]
и сумма модулей коэффициентов, лежащих левее главной диагонали:

           [pic]
Для каждой   i-й строки (i =1,2,...,n ) вычисляется отношение

             [pic]
и в качестве [pic]берется максимальное из этих отношений. Чем меньше
окажется [pic], тем большей будет скорость сходимости.
   Для процесса Зейделя справедлива следующая оценка погрешности К-го
приближения:
[pic]          (i,j=1,2,...,n)

то есть модуль отклонения любого   i -го корня системы в К-м приближении от
точного значения того же корня [pic] не больше, чем умноженное на множитель
[pic] максимальное из приращений корней, полученных в результате перехода
от (K-1) -го приближения к К-му.
   Если задаться абсолютной погрешностью [pic]и потребовать выполнения
условия
                                                    [pic]   (j=1,2,...,n)

то выполнится и условие
                                                                  [pic]
                         (i=1,2,3,...,n),
то есть заданная степень точности на К-й итерации будет достигнута. На
практике это означает, что после каждой итерации необходимо выделить тот
корень, изменение которого по сравнению с предыдущим значением оказалось
наибольшим по модулю. Модуль приращения этого корня необходимо умножить на
[pic] и сравнить результат с выбранной абсолютной погрешностью[pic].

                           Достаточные условия сходимости процесса Зейделя

   Если модули коэффициентов системы  удовлетворяют хотя бы одному из
условий
[pic]               (i,j=1,2,3,...,n)

то процесс Зейделя для соответствующей приведенной системы сходится к её
единственному решению при любом выборе начального вектсра y(ср) Такие
системы называют системами с диагональным преобладанием.
   Метод Зейдедя имеет свойство, позволяющее обеспечить сходимость процесса
для любых систем уравнений с неособенной матрицей коэфициентов.
   Если обе части систем с неособенной матрицей коэфициентов А=[aij]
умножить слева на транспонировнную матриц A*[aij] , то будет получена
новая, равносильная исходной система, которая называется нормальной.
Процесс Зейделя для приведенной системы, полученной из нормальной, всегда
сходится независимо от выбора нача льного приближения.
                                                              Блок схема.



                                          Подпрограмма метода Зейделя.
c-----------------------------------------------------------------
cПОДПРОГРАММА РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ МЕТОДОМ ЗЕЙДЕЛЯ
c
с    integer N-входное количество уравнений
c    real y(6,N)-входной массив уравнений,содержащий следующие поля:
c            y(1,N)-номер точки по оси X
c            y(2,N)-номер точки по оси Y
c            y(3,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)-1,y(2,N))
c                       y(3,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(4,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)-1)
c                       y(4,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(5,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)+1,y(2,N))
c                       y(5,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(6,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)+1)
c                       y(6,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c    integer M-число узлов по оси X
c    integer P-число узлов по оси Y
c    real Q(M,P)-входной массив начальных значений Y
c    real Q(M,P)-выходной массив вычисленых значений Y
c    real E-погрешность вычислений
c------------------------------------------------------------------
      subroutine zeidel(N,y,M,P,q,E)
      integer N,M,P,I,S
      real y(6,N),q(M,P),E,EI,NEXTQ

c------------------------------------------------------------------
c          вычисление коэфициента сходимости процесса
c                      mj=y(5,1)+y(6,1)
c                        и выражения
c                        km=mj/(1-mj)
C    НО Т.К. MJ=0.5 ТО KM=1 И СЛЕДОВАТЕЛЬНО ЕГО МОЖНО ОПУСТИТЬ
c-----------------------------------------------------------------
c      KM=(y(5,1)+y(6,1))/(1-y(5,1)+y(6,1))

c------------------------------------------------------------------
c                          итерации
c                    S-счетчик итераций
c------------------------------------------------------------------
      S=0
   1  EI=0.
      S=S+1
      do I=1,N
      NEXTQ=y(3,i)*Q(y(1,i)-1,y(2,i))+
     +      y(4,i)*Q(y(1,i),y(2,i)-1)+
     +      y(5,i)*Q(y(1,i)+1,y(2,i))+
     +      y(6,i)*Q(y(1,i),y(2,i)+1)

c------------------------------------------------------------------
c        вычисление погрешности на данной итерации
c------------------------------------------------------------------
      if (abs(NEXTQ-q(y(1,i),y(2,i))).gt.EI)
     +        EI=abs(NEXTQ-q(y(1,i),y(2,i)))
c      print *,'x=',y(1,i),' y=',y(2,i)
      q(y(1,i),y(2,i))=NEXTQ
      enddo
c      print '(16h Итерация номер ,i5,13h погрешность=,E15.7)',S,EI
      if (EI.gt.E)goto 1

c      do i=P,1,-1
c      print '(21e10.3)',(q(j,i),j=1,M)
c      enddo
      end



                                    ТЕСТ

   В качестве теста выполним одну итерацию для системы , полученной в
предыдущем пункте.
                                        [pic]


при начальных условиях:
                                                         [pic]
все остальные Yij:=0.
                                                             Получается:
[pic]


                                 Результат:

[pic]
                           Полный текст программы.
c------------------------------------------------------------------
c             ПОДПРОГРАММА СОСТАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
c                   МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
c
c    real H-шаг по оси X
c    real K-шаг по оси Y
c    real N-количество уравнений(примерное число,желательно N=M*P)
c    real y(6,N)-выходной массив уравнений,содержащий следующие поля:
c            y(1,N)-номер точки по оси X
c            y(2,N)-номер точки по оси Y
c            y(3,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)-1,y(2,N))
c                       y(3,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(4,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)-1)
c                       y(4,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(5,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)+1,y(2,N))
c                       y(5,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(6,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)+1)
c                       y(6,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c    integer M-число узлов по оси X
c    integer P-число узлов по оси Y
c    real Q(M,P)-массив значений Y
c    integer N-выходное количество получившихся уравнений
c------------------------------------------------------------------
      subroutine mkr(H,K,N,y,M,P,q)
      integer M,P,IIX,IIY,NN,N,KR1,KR2,KR3
      real y(6,N),H,K,q(M,P),HX,KY

c-----------------------------------------------------------------
c                 подсчитываю коэфициенты
c                    h^2/(2*(h^2+k^2))
c                            и
c                    k^2/(2*(h^2+k^2))
c-----------------------------------------------------------------
      HX=H**2/(2*(H**2+K**2))
      KY=K**2/(2*(H**2+K**2))

c-----------------------------------------------------------------
c                    составление уравнений
c                              и
c                присваивание начальных значений
c
c                    nn-счетчик уровнений
c                iix-номер текущего узла по оси X
c                iiy-номер текущего узла по оси Y
c-----------------------------------------------------------------
      NN=0
      KR1=((P-1)/8)*3+1
      KR2=((P-1)/8)*5+1
      KR3=((M-1)/4)*3+1
      do IIY=2,P-1
      do IIX=2,M
      if (NN.eq.N)then
                        print *,'ПЕРЕПОЛНЕНИЕ МАССИВА Y'
                        stop
      endif

c-----------------------------------------------------------------
c                проверка границы трубы с жидкостью
c-----------------------------------------------------------------
      if ((IIY.ge.KR1).and.(IIY.le.KR2).and.(IIX.ge.KR3)) then
             q(IIX,IIY)=200.

c-----------------------------------------------------------------
c                       проверка симметрии
c-----------------------------------------------------------------
      elseif (((IIY.lt.KR1).or.(IIY.gt.KR2)).and.(IIX.eq.M)) then
             q(IIX,IIY)=6
             NN=NN+1
             y(1,NN)=IIX
             y(2,NN)=IIY
             y(3,NN)=2*HX
             y(4,NN)=KY
             y(5,NN)=0
             y(6,NN)=KY

c-----------------------------------------------------------------
c          составление уравнений во внутренних точках фигуры
c-----------------------------------------------------------------
      else
             q(IIX,IIY)=5
             NN=NN+1
             y(1,NN)=IIX
             y(2,NN)=IIY
             y(3,NN)=HX
             y(4,NN)=KY
             y(5,NN)=HX
             y(6,NN)=KY
      endif
      enddo
      enddo

c-----------------------------------------------------------------
c        присваивание начальных значений на границе фигуры
c------------------------------------------------------------------
      KY=0
      KR1=P/2+1
      do IIY=1,P
      if (IIY.le.KR1)then
                         q(1,IIY)=0
                    else
                         q(1,IIY)=500*KY-100
      endif
      KY=KY+K
      enddo
      do IIX=1,M
      q(IIX,1)=0
      q(IIX,P)=100
      enddo
      N=NN
      end
c-----------------------------------------------------------------
c     ПОДПРОГРАММА РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ МЕТОДОМ ЗЕЙДЕЛЯ
c
с    integer N-входное количество уравнений
c    real y(6,N)-входной массив уравнений,содержащий следующие поля:
c            y(1,N)-номер точки по оси X
c            y(2,N)-номер точки по оси Y
c            y(3,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)-1,y(2,N))
c                       y(3,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(4,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)-1)
c                       y(4,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(5,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N)+1,y(2,N))
c                       y(5,N)=h^2/(2*(h^2+k^2))
c            y(6,N)-коэфициен уравнения для Q(y(1,N),y(2,N)+1)
c                       y(6,N)=k^2/(2*(h^2+k^2))
c    integer M-число узлов по оси X
c    integer P-число узлов по оси Y
c    real Q(M,P)-входной массив начальных значений Y
c    real Q(M,P)-выходной массив вычисленых значений Y
c    real E-погрешность вычислений
c------------------------------------------------------------------
      subroutine zeidel(N,y,M,P,q,E)
      integer N,M,P,I,S
      real y(6,N),q(M,P),E,EI,NEXTQ

c------------------------------------------------------------------
c          вычисление коэфициента сходимости процесса
c                      mj=y(5,1)+y(6,1)
c                        и выражения
c                        km=mj/(1-mj)
C    НО Т.К. MJ=0.5 ТО KM=1 И СЛЕДОВАТЕЛЬНО ЕГО МОЖНО ОПУСТИТЬ
c-----------------------------------------------------------------
c      KM=(y(5,1)+y(6,1))/(1-y(5,1)+y(6,1))

c------------------------------------------------------------------
c                          итерации
c                    S-счетчик итераций
c------------------------------------------------------------------
      S=0
   1  EI=0.
      S=S+1
      do I=1,N
      NEXTQ=y(3,i)*Q(y(1,i)-1,y(2,i))+
     +      y(4,i)*Q(y(1,i),y(2,i)-1)+
     +      y(5,i)*Q(y(1,i)+1,y(2,i))+
     +      y(6,i)*Q(y(1,i),y(2,i)+1)

c------------------------------------------------------------------
c        вычисление погрешности на данной итерации
c------------------------------------------------------------------
      if (abs(NEXTQ-q(y(1,i),y(2,i))).gt.EI)
     +        EI=abs(NEXTQ-q(y(1,i),y(2,i)))
c      print *,'x=',y(1,i),' y=',y(2,i)
      q(y(1,i),y(2,i))=NEXTQ
      enddo
c      print '(16h Итерация номер ,i5,13h погрешность=,E15.7)',S,EI
      if (EI.gt.E)goto 1

c      do i=P,1,-1
c      print '(21e10.3)',(q(j,i),j=1,M)
c      enddo
      end

c------------------------------------------------------------------
c         ПОДПРОГРАММА АЛФАВИТНО-ЦИФРОВОГО,МОЗАИЧНОГО
c                       ВЫВОДА РЕЗУЛЬТАТА
c    integer M-число узлов по оси X
c    integer P-число узлов по оси Y
c    real Q(M,P)-входной массив значений Y
c
c
c------------------------------------------------------------------
      subroutine outdata(M,P,q)
      character a(11)/'.','+','*','','','-','-','-','','-','-'/
      integer M,P,I,J
      real q(M,P)
      do J=P,1,-1
      print '(400A2)',(a(int(q(I,J)/21)+1),I=1,M),
     +                (a(int(q(I,J)/21)+1),I=M-1,1,-1)
      enddo
      do I=1,10
      print *,'''',a(I),'''','---> от ',20*(I-1),',  до ',
     +       20*I,'(включительно)'
      enddo
      end
c------------------------------------------------------------------
c                    ПОДПРОГРАММА ВЫЧИСЛЕНИЯ ОШИБКИ
c        real q-массив значений Y с шагом =2*h
c        real qq-массив значений Y с шагом =h
c        real E-значение погрешности
c
c------------------------------------------------------------------
      subroutine mistake(M,P,q,qq,E)
      integer M,P,iq,jq,iqq,jqq
      real qq(M,P),q(int(M/2)+1,int(P/2)+1),max,E,other
      max=0
      iq=0
      do iqq=1,P,2
      iq=iq+1
      jq=0
      do jqq=1,M,2
      jq=jq+1
      other=abs(q(jq,iq)-qq(jqq,iqq))
      if (other.gt.max)max=other
      enddo
      enddo
      print *,M,'  ',P,'  ',max/3
      if (max/3.lt.E) then
                    call outdata(M,P,qq)
                    Stop
      endif
      end
c------------------------------------------------------------------
c                      ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА
c
c
c------------------------------------------------------------------
      integer N/90000/,M,P,flag/0/
      real y(6,90000),q(300,300),H/.05/,K/.05/,E/.5/,qq(300,300)
      real EZ/.01/
c      print *,'Введите шаг вдоль оси X '
c      read (*,*)H
c      print *,'Введите шаг вдоль оси Y '
c      read (*,*)K
c      print *,'Введите точность вычислений '
c      read (*,*)E
      M=.2/H+1
      P=.4/K+1
      call mkr(H,K,N,y,M,P,q)
      call zeidel(N,y,M,P,q,EZ)
111   H=H/2
      K=K/2
      M=.2/H+1
      P=.4/K+1
      N=90000
      if (flag.eq.0)then
               flag=1
               call mkr(H,K,N,y,M,P,qq)
               call zeidel(N,y,M,P,qq,EZ)
               call mistake(M,P,q,qq,E)
        else
               flag=0
               call mkr(H,K,N,y,M,P,q)
               call zeidel(N,y,M,P,q,EZ)
               call mistake(M,P,qq,q,E)
      endif
      goto 111
      end



                                 Литература.

1. И.С.Березин,Н.П.Жидков ’Методы вычислений’,том 1,М.,1966,632 стр.
2.’ Численные методы решения задач на ЭВМ ’ , Учебное пособие  ,
Г.Н.Рубальченко , К. , 1989 , 148 стр.
3.’Справочник языка ФОРТРАН’ , М.,1996 ,106 стр.
-----------------------
Т=100 0 С

Т=200 0 С

Т=0 0 С

Т=0 0 С

0,1

0,4

         Выбор начального шага

     Составление системы   ур-ний
            №1

        Решение системы   ур-ний
            №1

     Уменьшение шага  в   2   раза.

Flag=0

     Составление системы   ур-ний
            №2

        Решение системы   ур-ний
            №2

     Составление системы   ур-ний
            №1

        Решение системы   ур-ний
            №1

Да

Нет


          Flag=1


          Flag=0

      Ошибка в
     системе №2
 относительно №1

      Ошибка в
     системе №1
 относительно №2

Точность не достигнута

Точность не достигнута

Вывод результата
         и выход

Ок.

Ок.



Hx=h*h/(2*(h*h+k*k))   Ky=k*k/(2*(h*h+k*k))  nn=0   kr1=((p-1)/8)*3+1
kr2=((p-1)/8)*5+1 kr3=((m-1)/4)*3+1

iiy=2,p-1

iix=2,m

Iiy>=kr1&iiy<=kr2&iix>=kr3

q(iix,iiy)=200

Да

(Iiy=kr3



Q(iix,iiy)=6    nn=nn+1    y(1,nn)=iix    y(2,nn)=iiy y(3,nn)=2*hx
y(4,nn)=ky    y(5,nn)=0    y(6,nn)=ky

Да



Q(iix,iiy)=5    nn=nn+1    y(1,nn)=iix    y(2,nn)=iiy y(3,nn)=hx
y(4,nn)=ky    y(5,nn)=hx    y(6,nn)=ky



Ky=0
KR1=p/2+1

iiy=1,p

Iiy<=kr1

Q(1,iiy)=0

Q(1,iiy)=500*ky-100

Да

  Ky=ky+k

iix=1,m



   N=NN

   Выход

Q(iix,1)=0
q(iix,p)=100

Известные значения


Ось симметрии

Y11

Y12

Y13

Y14


Y15

Y16

Y17

Y18

Y19

Y29

Y39

Y49

Y59

ei=0  s=s+1

  I=1,N

       S=0



Nextq=y(3,i)*q(y(1,i)-1,y(2,i))+ y(4,i)*q(y(1,i),y(2,i)-1)+
            y(5,i)*q(y(1,i)+1,y(2,i))+ y(6,i)*q(y(1,i),y(2,i)+1)

Abs(nextq-q(y(1,i),y(2,i)))>EI



EI=Abs(nextq-q(y(1,i),y(2,i)))



q(y(1,i),y(2,i))=nextq

    Выход

EI>E

Да

Нет




смотреть на рефераты похожие на "Температурный расчет с помощью вычислений информационной математики"