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COMSOL二十大使用技巧(二十)添加弱新式PDE方程

  发表时间 : 2010-09-09 10:21    所属类别 : 多物理场分析

添加弱新式PDE方程

COMSOL Multiphysics中,用户可以方便快捷的定义自己的用户控制方程。

      一般情况下,PDE方程都已经内置在COMSOL Multiphysics的各个模块当中,这种情况下,没有必要去了解PDE方程和及其相关的弱形式。有时候可能问题是没有办法用COMSOL Multiphysics内置模块来求解的,这个时候可以使用经典PDE模版。但是,有时候可能经典PDE模版也不包括要求解的问题,这个时候就只能使用弱形式了(虽然这种情况是极少数的)。掌握弱形式可以使你的水平超过一般的COMSOL Multiphysics用户,让你更容易去理解模型库中利用弱形式做的算例。另一个原因就是弱形式有时候描述问题比PDE方程紧凑的多。还有,如果你是一个教授去教有限元分析方法,可以帮助学生们直接利用弱形式来更深入的了解有限元。最后,你对有限元方法了解的越多,对于COMSOL Multiphysics中的一些求解器的高级设置就懂得更多。

       一个重要的事实是:在所有的应用模式和PDE模式求解的时候,COMSOL Multiphysics都是先将方程式系统转为了弱形式,然后进行求解。

       PDE问题常常具有最小能量问题的等效形式,这让人有一种直觉,那就是PDE方程都可以有相应的弱形式。实际上这些PDE方程和能量最小值问题只是同一个物理方程的两种不同表达形式罢了,同样,弱形式(几乎)是同一个物理方程的第三个等效形式。

       这三种形式的区别虽然不大,但绝对是很关键的。我们必须记住,这三种形式只是求解同一个问题的三种不同形式――用数学方法求解真实世界的物理现象。根据不同的需求,这三种方式又有各自不同的优点。

       PDE形式在各种书籍中比较常见,而且一般都提供了PDE方程的解法。能量法一般见于结构分析的文献中,采用弹性势能最小化形式求解问题是相当自然的一件事。当我们的研究范围超出了标准有限元应用领域,比如传热和结构,这个时候弱形式是不可避免的。化工中的传质问题和流体中的N-S方程都是没有办法用最小能量原理表述出来的。本文后面还有很多这样的例子。

       PDE方程是带有偏微分算子的方程,而能量方程是以积分形式表达的。积分形式的好处就是特别适合于有限元方法,而且不用担心积分变量的不连续,这在偏微分方程中比较普遍。弱形式也是积分形式,拥有和积分形式同样的优点,但是他对积分变量的连续性要求更低,可以看作是能量最小化形式的更一般形式。最重要的是,弱形式非常适合求解非线性的多物理场问题,这就是COMSOL Multiphysics的重点了。
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用户评论

姓名
评论内容

yugaokun  2010-09-10 21:41

老师您好. 最近我用PDE模块做计算时, coefficient form 和general form做出的结果不一样,但是基本的设置是一样的. dv/dt+du/dx=0 du/dt+dv/dx=0 边界条件 x=0, u=0.01*sin(pi*t); x=1, u=0 coefficient form 做出的结果是对的
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