已知一维单相不稳定流的模型如下:(∂^2 p)/(∂x^2 )=∂p/∂t p(x,0)=10 (0<x≤L) p(0,t)=5 p(5,t)=2 取Δx=√2,Δt=1,L=4√2 网格系统为均匀的块中心网格,求t=1,t=2,t=3时刻的压力分布(用显式差分格式计算),并绘图标识计算结果。
时间: 2023-11-24 20:08:07 浏览: 33
根据题意,我们可以采用显式差分格式求解,其中x轴和t轴上的步长分别为Δx和Δt。
首先,根据块中心网格的定义,我们可以将x轴和t轴上的网格点坐标表示为:
x(i) = (i-0.5) * Δx, i=1,2,...,N
t(n) = (n-1) * Δt, n=1,2,...,M
其中,N表示x轴上的网格数,M表示t轴上的网格数。
然后,我们可以根据差分格式求解压力分布,具体的计算公式如下:
p(i,n+1) = p(i,n) + Δt * ((p(i+1,n) - 2 * p(i,n) + p(i-1,n)) / Δx^2)
其中,p(i,n)表示在第n个时刻(即t(n)时刻),在第i个网格点(即x(i)点)处的压力值。根据题目中给定的边界条件,我们有:
p(1,n) = 5
p(N,n) = 2
初始条件为:
p(i,1) = 10, i=1,2,...,N
接下来,我们可以使用Python代码求解压力分布,并绘制压力分布随时间变化的图像。代码如下:
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已知一维单相不稳定流的模型如下:(∂^2 p)/(∂x^2 )=∂p/∂t p(x,0)=10 (0<x≤L) p(0,t)=5 p(5,t)=2 取Δx=√2,Δt=1,L=4√2 网格系统为均匀的块中心网格,求t=1,t=2,t=3时刻的压力分布(用显式差分格式计算),并绘图标识计算结果。
为了用显式差分格式计算,我们需要将偏微分方程离散化。这里我们采用二阶中心差分格式,即:
(p(i+1,j) - 2p(i,j) + p(i-1,j)) / Δx^2 = ∂p(i,j) / ∂t
其中,i表示空间坐标x在网格上的离散位置,j表示时间坐标t在网格上的离散位置,Δx和Δt分别表示空间和时间上的步长。
根据上面的公式,我们可以得到:
p(i,j+1) = p(i,j) + Δt * (p(i+1,j) - 2p(i,j) + p(i-1,j)) / Δx^2
根据题目给出的参数,我们可以计算出网格上的离散点数:
Δx = √2
L = 4√2
=> N = L / Δx = 4
同时,时间间隔Δt已经给出,我们可以根据时间步长计算出需要迭代的次数:
Δt = 1
=> M = 3
现在我们可以开始用显式差分格式计算了。根据题目的要求,我们需要在t=1、2、3时刻的位置上计算压力分布。为了方便计算,我们可以用一个二维数组来表示网格上的离散点:
p = [[0 for j in range(M+1)] for i in range(N+1)]
p[1:N,0] = 10
p[0,:] = 5
p[N,:] = 2
其中,p[i,j]表示在第j个时间步长时,第i个空间位置上的压力值。我们可以将初始条件p(x,0)=10用p[1:N,0] = 10来表示;将p(0,t)=5用p[0,:] = 5来表示;将p(5,t)=2用p[N,:] = 2来表示。
接下来,我们可以按照时间步长循环计算压力分布了。具体来说,我们可以用一个双重循环来实现,其中外层循环控制时间,内层循环控制空间。每一次内层循环结束后,我们就可以在当前时刻t的位置上得到压力分布。
代码实现如下:
已知L:x^2+y^2=4x,积分L(x+y)^2ds=
根据题目中的公式x^2+y^2=4x,我们可以将其转化为极坐标系下的方程形式,即r=4cosθ。同时,根据积分L(x+y)^2ds的形式,我们可以将其转化为极坐标系下的积分形式,即L(r(θ)cosθ+r(θ)sinθ)^2ds。因此,我们需要先求出r(θ),然后再代入积分式中进行计算。
将x^2+y^2=4x转化为极坐标系下的方程形式,有:
r^2=4rcosθ
r=4cosθ
对L(r(θ)cosθ+r(θ)sinθ)^2ds进行求解,有:
L(r(θ)cosθ+r(θ)sinθ)^2ds
=L(4cosθcosθ+4cosθsinθ)^2·√(1+(dr/dθ)^2)dθ
=L(4cosθ)^2·√(1+(-4sinθ/4cosθ)^2)dθ
=L(16cos^2θ)·√(1-sin^2θ)·dθ
=16Lcos^3θdθ
对上式进行积分,有:
∫16Lcos^3θdθ
=16L∫cos^3θdθ
=16L∫cos^2θ·cosθdθ
=16L∫(1-sin^2θ)·cosθd(sinθ)
=16L[-(1/3)cos^3θ](从0到π/2)
=16L/3
因此,积分L(x+y)^2ds的结果为16L/3。
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