基于差分方法的逆时热传导问题数值方法研究

基于差分方法的逆时热传导问题数值方法研究

论文摘要

本文研究了二维逆时热传导问题,即由介质在某一时刻T>0的温度场分布f(x)来求初始温度分布.该问题有两个特点,首先该问题不是对任意给定的函数f(x)都存在解.其次,初始温度场的数据对t=T的温度场不具有连续依赖性,也就是说逆热传导问题是不适定的.因此我们需要讨论确定近似解的稳定的数值反演方法.本文提出了一种基于正则化方法和SOR迭代相结合的算法来求解此问题.本文结构如下.第一章介绍了逆热传导问题的基本知识和研究现状.第二章介绍了不适定问题的相关性质和基本的正则化方法.在第三章中给出了二维热传导方程的数学模型,构造了一个基于差分方法和4阶Runge-Kutta法的解二维热传导方程正问题的数值方法,并给出了误差估计.第四章介绍了二维逆热传导方程的数学模型,在对逆问题使用了正则化后,应用SOR迭代求解该方程,同时对该算法进行了数值模拟.最后通过数值实验说明了此算法的有效性.

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 第2章 不适定问题及正则化方法简介
  • 2.1 不适定问题
  • 2.2 正则化方法简介
  • 2.3 常见的几种正则化解算子
  • 2.3.1 Tikhonov正则化
  • 2.3.2 Lavrentiev正则化
  • 2.3.3 正则化参数的选取
  • 第3章 2D热传导问题及数值解法
  • 3.1 2D热传导问题数学模型
  • 3.2 基于差分方法和四阶Runge-Kutta的数值方法
  • 3.2.1 算法描述
  • 3.2.2 误差估计
  • 3.2.3 数值试验
  • 第4章 逆时热传导问题及数值解法
  • 4.1 2D逆时热传导问题数学模型
  • 4.2 2D逆时热传导问题不适定性分析
  • 4.3 2D逆时热传导问题数值解法
  • 4.3.1 正则化
  • 4.3.2 SOR迭代
  • 4.3.3 数值实验
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 附录一 正问题程序
  • 附录二 反问题程序
  • 致谢
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