热方程的有限差分实验

从一维热方程出发,观察离散格式、稳定性与误差之间的关系。

背景与问题

这是一个可替换的学习项目计划。目标是用简单的有限差分方法求解 ut=κuxxu_t=\kappa u_{xx},并理解时间步长和网格尺度如何影响稳定性。

方法

在等距网格上使用前向 Euler 时间离散与中心空间差分:

uin+1=uin+r(ui+1n−2uin+ui−1n),r=κΔt(Δx)2.u_i^{n+1}=u_i^n+r(u_{i+1}^n-2u_i^n+u_{i-1}^n),\qquad r=\frac{\kappa\Delta t}{(\Delta x)^2}.

对于标准的一维热方程,常见的稳定性限制是 0≤r≤1/20\le r\le 1/2。

实验安排

  1. 选择具有解析解的初边值问题。
  2. 比较不同网格尺度下的误差。
  3. 改变时间步长,观察稳定与不稳定的计算。
  4. 将图像与理论条件放在一起解释。

贡献与结果

本条目展示项目页面的写法,实验尚未开展。完成后在这里填写自己的工作、误差表、图像与局限。

代码与材料

代码仓库、论文、报告或幻灯片的链接,在对应材料真实存在后再补充。

这是一篇用于展示网站功能的示例,可替换为自己的学习笔记或真实项目记录。