我应该在纸上写什么来显示我的解决方案的正确性和收敛性?

计算科学 数值分析 收敛 误差估计 确认
2021-12-09 07:10:02

我正在使用有限元法对复杂域上的热传导问题进行赋值,这需要我得到温度分布随边界条件变化的变化,其精确解是未知的。此外,我必须以数字方式展示我的解决方案的正确性和收敛性。

我正在考虑计算整个域的平均温度,然后随着这个平均值的时间变化,我可以得到一条表示平均温度演变的曲线。然后使用不同的细化级别,我可以得到这些曲线。

为了显示它的收敛性,我可以把这些曲线写在纸上,这样描述:“显然,从图中可以看出,随着细化程度的增加,平均温度变化正在收敛。” 还是我必须计算这些曲线的平均差?

此外,我不确定是否适合使用这种平均温度变化来验证我的解决方案的正确性。尽管我可以展示收敛,但仍然没有必要正确,因为我没有确切的解决方案。另外,即使平均值是正确的,我仍然无法显示整个域的正确性。也许某些点的值较大,而其他点的值较小。谁知道?(毕竟没有正确的解决办法可以参考。)

有人有什么好的建议吗?

1个回答

您绝对应该进行网格细化研究(某些会议和期刊需要这样做)。您应该将此研究的结果与已知的分析解决方案进行比较。您可以从文献中获得此解决方案,也可以使用制造解决方案的方法(PDF 警告)生成一个。您应该证明您的解决方案正在以预期的速率收敛,因为按照先验给出的减小h如果存在问题,则对您的问题进行错误估计,或者如果这种估计不存在,您应该计算速率并说明它(例如在硬非线性问题中)。附近可能存在一个问题,提供了一个您可以比较的费率。如果存在对解决方案平均值的收敛速度的估计,或者您可以推导出它,那么您也可以在此基础上给出结果。不过,您需要一个已知的解决方案来进行比较。

有时,当不存在解析解且难以计算 MMS 时,人们会在所谓的“过度杀伤”网格上计算一个解(即,尽可能精细)并假装该解是解析解并与之比较。这种方法在 PDE 模拟的某些分支中被认为是合理的,但在我看来最好有一个答案。