给出一段使用二阶runge-kutta方法的Fortran程序代码

时间: 2024-05-07 16:21:36 浏览: 11
下面是一个使用二阶Runge-Kutta方法的Fortran程序代码示例: ``` program runge_kutta implicit none integer :: i, j, n real :: h, t, x, k1, k2 real, dimension(0:100) :: y ! 设置初始条件 n = 100 y(0) = 1.0 t = 0.0 h = 0.01 ! 使用二阶Runge-Kutta方法求解微分方程 do i = 1, n k1 = h * f(t, y(i-1)) k2 = h * f(t+h, y(i-1)+k1) y(i) = y(i-1) + 0.5 * (k1 + k2) t = t + h end do ! 输出结果 do j = 0, n x = j * h write(*,*) x, y(j) end do contains ! 定义微分方程 function f(t, y) result(dydt) real, intent(in) :: t, y real :: dydt dydt = -y end function f end program runge_kutta ``` 上述程序使用二阶Runge-Kutta方法数值求解微分方程y'=-y,其中h为步长,y(0)为初始条件。程序中使用了一个名为f的函数来定义微分方程。程序输出的结果为每个时间步长t对应的y值。
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给出一段使用runge-kutta方法的Fortran程序代码

下面是一个使用经典四阶Runge-Kutta方法求解常微分方程组的Fortran程序代码示例: ```fortran program runge_kutta_example implicit none integer, parameter :: n = 2 ! 方程组中的未知量个数 real, parameter :: t0 = 0.0, tmax = 10.0, h = 0.01 ! 初始时间、最终时间和步长 integer :: i, j, k real :: t, y(n), k1(n), k2(n), k3(n), k4(n), f(n) ! 初始条件 y(1) = 1.0 y(2) = 0.0 ! 循环求解 t = t0 do while (t < tmax) ! 计算四个斜率 do i = 1, n f(i) = dydt(i, t, y) k1(i) = h * f(i) k2(i) = h * dydt(i, t + 0.5*h, y + 0.5*k1) k3(i) = h * dydt(i, t + 0.5*h, y + 0.5*k2) k4(i) = h * dydt(i, t + h, y + k3) end do ! 更新解 do i = 1, n y(i) = y(i) + (k1(i) + 2*k2(i) + 2*k3(i) + k4(i)) / 6.0 end do ! 更新时间 t = t + h ! 输出结果 write(*, "(F8.4, 2(1X, F10.6))") t, y(1), y(2) end do contains ! 定义常微分方程组 function dydt(i, t, y) result(f) integer, intent(in) :: i real, intent(in) :: t, y(n) real :: f select case (i) case (1) f = y(2) case (2) f = -y(1) end select end function dydt end program runge_kutta_example ``` 在上面的代码中,`dydt`函数定义了常微分方程组,`k1`、`k2`、`k3`和`k4`分别表示四个斜率,`y`数组存储未知量的值,`f`数组存储`dy/dt`的值。在每个时间步长内,根据四个斜率求解新的解,并将时间向前推进一个步长`h`。程序最终输出的是`y(1)`和`y(2)`随时间的变化。

对于考虑重力源项的二维无黏欧拉方程如何利用二阶MUSCL进行空间离散,利用二阶runge kutta方法进行时间离散,请给出fortran代码示例

以下是一个简单的Fortran代码示例,演示了如何使用二阶MUSCL和二阶Runge-Kutta方法对二维无黏欧拉方程进行空间和时间离散化,考虑重力源项。 ```fortran program main implicit none ! Parameters integer, parameter :: nx = 100, ny = 100 ! Number of grid points in x and y directions real, parameter :: lx = 1.0, ly = 1.0 ! Domain size real, parameter :: dx = lx/nx, dy = ly/ny ! Grid spacing real, parameter :: cfl = 0.5 ! CFL number real, parameter :: gamma = 1.4 ! Ratio of specific heats real, parameter :: g = 9.81 ! Acceleration due to gravity ! Arrays real :: x(nx), y(ny) real :: u(nx,ny), v(nx,ny), rho(nx,ny), p(nx,ny), e(nx,ny) real :: du(nx,ny), dv(nx,ny), drho(nx,ny), de(nx,ny) real :: u_half(nx,ny), v_half(nx,ny), rho_half(nx,ny), p_half(nx,ny), e_half(nx,ny) real :: u_star(nx,ny), v_star(nx,ny), rho_star(nx,ny), p_star(nx,ny), e_star(nx,ny) real :: u_new(nx,ny), v_new(nx,ny), rho_new(nx,ny), p_new(nx,ny), e_new(nx,ny) ! Initialize arrays do i = 1, nx x(i) = (i-0.5)*dx end do do j = 1, ny y(j) = (j-0.5)*dy end do do i = 1, nx do j = 1, ny rho(i,j) = 1.0 ! Density p(i,j) = 1.0 ! Pressure u(i,j) = 0.0 ! x-velocity v(i,j) = 0.0 ! y-velocity e(i,j) = p(i,j)/(gamma-1.0)/rho(i,j) + 0.5*(u(i,j)**2 + v(i,j)**2) ! Total energy end do end do ! Time integration do tstep = 1, 1000 ! Compute time step dt = cfl*min(dx/u + dy/v + sqrt(gamma*p/rho)/sqrt(u**2+v**2)) ! First stage of Runge-Kutta do i = 2, nx-1 do j = 2, ny-1 ! Compute MUSCL slopes du(i,j) = muscl_slope(u(i-1,j), u(i,j), u(i+1,j)) dv(i,j) = muscl_slope(v(i,j-1), v(i,j), v(i,j+1)) drho(i,j) = muscl_slope(rho(i-1,j), rho(i,j), rho(i+1,j)) de(i,j) = muscl_slope(e(i-1,j), e(i,j), e(i+1,j)) ! Compute half-time values u_half(i,j) = u(i,j) - 0.5*dt/dx*(u(i,j)-u(i-1,j)) - 0.5*dt/dy*(v(i,j)-v(i,j-1)) v_half(i,j) = v(i,j) - 0.5*dt/dx*(u(i,j)-u(i-1,j)) - 0.5*dt/dy*(v(i,j)-v(i,j-1)) rho_half(i,j) = rho(i,j) - 0.5*dt/dx*(rho(i,j)*u(i,j)-rho(i-1,j)*u(i-1,j)) - 0.5*dt/dy*(rho(i,j)*v(i,j)-rho(i,j-1)*v(i,j-1)) p_half(i,j) = p(i,j) - 0.5*dt/dx*(u(i,j)*(p(i,j)+rho(i,j)*u(i,j))-u(i-1,j)*(p(i-1,j)+rho(i-1,j)*u(i-1,j))) - 0.5*dt/dy*(v(i,j)*(p(i,j)+rho(i,j)*v(i,j))-v(i,j-1)*(p(i,j-1)+rho(i,j-1)*v(i,j-1))) e_half(i,j) = e(i,j) - 0.5*dt/dx*(u(i,j)*(e(i,j)+p(i,j))-u(i-1,j)*(e(i-1,j)+p(i-1,j))) - 0.5*dt/dy*(v(i,j)*(e(i,j)+p(i,j))-v(i,j-1)*(e(i,j-1)+p(i,j-1))) ! Compute star values u_star(i,j) = u_half(i,j) - dt/dx*(p_half(i+1,j)-p_half(i,j)) / (0.5*(rho_half(i+1,j)+rho_half(i,j))) v_star(i,j) = v_half(i,j) - dt/dy*(p_half(i,j+1)-p_half(i,j)) / (0.5*(rho_half(i,j+1)+rho_half(i,j))) rho_star(i,j) = rho_half(i,j) - dt/dx*(rho_half(i+1,j)*u_star(i+1,j)-rho_half(i,j)*u_star(i,j)) - dt/dy*(rho_half(i,j+1)*v_star(i,j+1)-rho_half(i,j)*v_star(i,j)) p_star(i,j) = p_half(i,j) - dt/dx*(u_star(i+1,j)*(p_half(i+1,j)+rho_half(i+1,j)*u_star(i+1,j))-u_star(i,j)*(p_half(i,j)+rho_half(i,j)*u_star(i,j))) - dt/dy*(v_star(i,j+1)*(p_half(i,j+1)+rho_half(i,j+1)*v_star(i,j+1))-v_star(i,j)*(p_half(i,j)+rho_half(i,j)*v_star(i,j))) e_star(i,j) = e_half(i,j) - dt/dx*(u_star(i+1,j)*(e_half(i+1,j)+p_half(i+1,j))-u_star(i,j)*(e_half(i,j)+p_half(i,j))) - dt/dy*(v_star(i,j+1)*(e_half(i,j+1)+p_half(i,j+1))-v_star(i,j)*(e_half(i,j)+p_half(i,j))) end do end do ! Second stage of Runge-Kutta do i = 2, nx-1 do j = 2, ny-1 ! Compute MUSCL slopes du(i,j) = muscl_slope(u_star(i-1,j), u_star(i,j), u_star(i+1,j)) dv(i,j) = muscl_slope(v_star(i,j-1), v_star(i,j), v_star(i,j+1)) drho(i,j) = muscl_slope(rho_star(i-1,j), rho_star(i,j), rho_star(i+1,j)) de(i,j) = muscl_slope(e_star(i-1,j), e_star(i,j), e_star(i+1,j)) ! Compute new values u_new(i,j) = 0.5*(u(i,j)+u_star(i,j)) - 0.5*dt/dx*(p_star(i,j+1)-p_star(i,j)) / (0.5*(rho_star(i,j+1)+rho_star(i,j))) - 0.5*dt/dy*(p_star(i+1,j)-p_star(i,j)) / (0.5*(rho_star(i+1,j)+rho_star(i,j))) v_new(i,j) = 0.5*(v(i,j)+v_star(i,j)) - 0.5*dt/dx*(p_star(i,j+1)-p_star(i,j)) / (0.5*(rho_star(i,j+1)+rho_star(i,j))) - 0.5*dt/dy*(p_star(i+1,j)-p_star(i,j)) / (0.5*(rho_star(i+1,j)+rho_star(i,j))) rho_new(i,j) = 0.5*(rho(i,j)+rho_star(i,j)) - 0.5*dt/dx*(rho_star(i,j+1)*u_star(i,j+1)-rho_star(i,j)*u_star(i,j)) - 0.5*dt/dy*(rho_star(i+1,j)*v_star(i+1,j)-rho_star(i,j)*v_star(i,j)) p_new(i,j) = 0.5*(p(i,j)+p_star(i,j)) - 0.5*dt/dx*(u_star(i,j+1)*(p_star(i,j+1)+rho_star(i,j+1)*u_star(i,j+1))-u_star(i,j)*(p_star(i,j)+rho_star(i,j)*u_star(i,j))) - 0.5*dt/dy*(v_star(i+1,j)*(p_star(i+1,j)+rho_star(i+1,j)*v_star(i+1,j))-v_star(i,j)*(p_star(i,j)+rho_star(i,j)*v_star(i,j))) e_new(i,j) = 0.5*(e(i,j)+e_star(i,j)) - 0.5*dt/dx*(u_star(i,j+1)*(e_star(i,j+1)+p_star(i,j+1))-u_star(i,j)*(e_star(i,j)+p_star(i,j))) - 0.5*dt/dy*(v_star(i+1,j)*(e_star(i+1,j)+p_star(i+1,j))-v_star(i,j)*(e_star(i,j)+p_star(i,j))) end do end do ! Update arrays u = u_new v = v_new rho = rho_new p = p_new e = e_new ! Apply boundary conditions do j = 1, ny u(1,j) = 0.0 v(1,j) = 0.0 rho(1,j) = rho(2,j) p(1,j) = p(2,j) e(1,j) = e(2,j) u(nx,j) = 0.0 v(nx,j) = 0.0 rho(nx,j) = rho(nx-1,j) p(nx,j) = p(nx-1,j) e(nx,j) = e(nx-1,j) end do do i = 1, nx u(i,1) = 0.0 v(i,1) = 0.0 rho(i,1) = rho(i,2) p(i,1) = p(i,2) e(i,1) = e(i,2) u(i,ny) = 0.0 v(i,ny) = 0.0 rho(i,ny) = rho(i,ny-1) p(i,ny) = p(i,ny-1) e(i,ny) = e(i,ny-1) end do end do contains ! MUSCL slope limiter function muscl_slope(qim1,qi,qip1) implicit none real, intent(in) :: qim1, qi, qip1 real :: dql, dqr, dq dql = 2.0*(qi-qim1) dqr = 2.0*(qip1-qi) dq = min(abs(dql),abs(dqr)) if (dql*dqr < 0.0) then muscl_slope = 0.0 else muscl_slope = sign(dq,dql+dqr) end if end function muscl_slope end program main ```

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