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python 熱傳導方程

錢斌斌2年前8瀏覽0評論

Python是一種功能強大的編程語言,可以應用于各種不同的領域。其中之一是科學計算,包括熱傳導方程求解。

import numpy as np
# 定義參數
L = 1           # 長度
T = 0.1         # 時間
N = 100         # 空間步長
M = 100         # 時間步長
alpha = 1e-3    # 熱擴散系數
# 計算步長
dx = L / N
dt = T / M
# 定義初始條件
x = np.linspace(0, L, N+1)  # 空間網格
u = np.zeros(N+1)           # 溫度
u[N//2] = 1                  # 中心點為1
# 迭代求解
for n in range(M):
un = u.copy()
for i in range(1, N):
u[i] = un[i] + alpha*dt/dx**2 * (un[i+1]-2*un[i]+un[i-1])
# 可視化結果
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(x, u, label="Numerical")
plt.xlabel("Position (m)")
plt.ylabel("Temperature (C)")
plt.title("Heat Conduction Equation")
plt.legend()
plt.show()

上述程序使用顯式差分方法求解熱傳導方程。首先定義了模型參數,如長度、時間、空間分辨率、時間分辨率和熱擴散系數。然后進行步長計算和初始條件定義。最后使用兩個循環迭代求解,在每個時間步長計算出整個空間網格中的溫度。最后將結果可視化。

Python在科學計算和物理模擬等領域中越來越受歡迎,并且具有豐富的庫和工具,可用于各種不同的求解方程和模擬問題。