Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Анализ нелинейных задач в любой постановке неразрывно связан с организацией процесса итерационного поиска приближенного решения, соответствующего требуемой точности. Теоретическое определение характеристик и границ применимости итерационных методов крайне затруднительно, а для нелинейных задач практически невозможно. Поэтому необходимая информация о характеристиках сходимости итерационного решения к точному и границах применимости анализируемого метода может быть получена практически только методами математического моделирования [7].
К числу наиболее используемых, особенно в практике исследования нелинейных задач теплообмена, относится метод простой итерации. Метод с успехом применяется к поиску решений математических уравнений любого вида: алгебраических, трансцендентных, дифференциальных и др. Схема организации процесса последовательных приближений в соответствии с методом простой итерации предполагает приведение уравнения
(1.8.1)
к виду
. (1.8.2)
Выбирая некоторое начальное приближение , последующие приближения вычисляют следующим образом:
, (1.8.3)
Здесь: z – искомая функция (или некоторый оператор этой функции); n – номер приближения; как и могут зависеть дополнительно от произвольных переменных, функций и их операторов. Например: дифференциальное уравнение первого порядка
; (1.8.4)
при необходимости поиска решения может быть представлено в форме уравнения (1.8.2) и приведено к структуре уравнения, определяющего итерационный метод Пикара [8]
(1.8.5)
Следует отметить группу итерационных методов, требующих уже на стадии нулевого приближения выбора фиксированного интервала поиска искомых величин (например, метод секущих [8]).
Практический анализ тепловых процессов в энергетике невозможен без организации итерационного процесса поиска решения нелинейной системы дифференциальных уравнений термогазодинамики. Все уравнения «переноса» этой системы – уравнения первого порядка относительно переменной τ, которые могут быть представлены в виде:
, (1.8.6)
где A – дифференциальный оператор первого порядка; f – функция, зависящая от всех параметров уравнений переноса (1.7.1) ¸ (1.7.3).
Предлагаемая схема организации итерационного процесса
(1.8.7)
включает ψ – константу, которая по своему смыслу является корректором всего операторного уравнения (назовем эту процедуру методом операторной коррекции).
Разность уравнений (1.8.6) и (1.8.7) после их интегрирования в интервале ∆τ = τ2 – τ1 приводит к следующему уравнению
, (1.8.8)
которое позволяет организовать поиск значения ψ. При этом уравнение, определяющее итерационный процесс метода операторной коррекции (МОК) имеет вид [9]:
(1.8.9)
Функцию можно определить, если учесть, что в пределах необходимой точности получения решения для последней итерации справедливо равенство
. (1.8.10)
После интегрирования уравнения (1.8.10) получаем
(1.8.11)
Итерационный процесс, организованный в соответствии с уравнением (1.8.9) дает возможность получения как приближенных аналитических решений, так и построения нового класса итерационных разностных схем. Отметим, что второе слагаемое уравнения (1.8.9) носит характер не функциональной поправки, а является общим корректором интегро-дифференциального оператора (1.8.6) при вычислении нелинейной части по предыдущей итерации.
В дальнейшем уравнение (1.8.9) будет рассматриваться в основном в приложении к организации разностных итерационных схем. Однако это уравнение может служить базой и для получения приближенных аналитических решений дифференциальных уравнений.
Для сравнения эффективности предлагаемой итерационной схемы рассмотрим интегрирование обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка с использованием процедур метода Пикара и метода операторной коррекции.
Пример. Уравнение
,
имеет точное решение
.
Применение метода Пикара – метода последовательных приближений (МПП) – к решению дифференциальных уравнений 1-го порядка достаточно просто:
.
При y (0) = 1 и начальном приближении y(0) = 1решение в первом приближении будет иметь вид:
.
Ограничиваясь четвертым приближением, получим:
. (1.8.12)
Здесь соответствует решениям, получаемым МПП.
Ограничиваясь в дальнейшем анализе 4-м приближением, рассмотрим применение МОК для этого примера. В соответствии с уравнением (1.8.9) получаем:
. (1.8.13)
Принимая в качестве нулевого приближения y(0) = 1 (такое же, как и для МПП), получаем в соответствии с уравнением (1.6 8.11) y = 5 x, а после подстановки полученного выражения в уравнение (1.8.13) и интегрирования решение исходного уравнения в первом приближении будет иметь вид:
.
Выполняя аналогично последующие приближения, в 4-ом получаем
. (1.8.14)
Сравним полученные уравнения по среднеквадратичной интегральной погрешности. Если точное решение
y = еxp(5 х),
то погрешности определяются соотношениями
; (1.8.15) ; .
Таким образом, в качестве предварительного вывода можно отметить, что МОК, во-первых, функционально жизнеспособен, а, во-вторых, по сравнению с методом Пикара приводит к итерационному решению, имеющему более быструю сходимость к точному.
Литература
Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 230 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!