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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

[求助] 一个椭圆型偏微分方程的数值解

最近课题中需要求解一个二阶椭圆型偏微分方程,含有2个纽曼边界条件,我查找各种资料、算来算去,越弄越晕,希望数学专业的虫友们从数学角度给些专业的指点指点,形式如附件中的方程到底该怎样才能求得准确的数值解,具体方程信息详见附件,还望给些具体的指点,十分感谢!
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  • 附件 1 : 控制方程及边界条件.docx
  • 2013-07-26 15:35:47, 21.1 K

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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

11楼2013-07-27 09:06:16
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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

引用回帖:
8楼: Originally posted by arising2010 at 2013-07-26 19:28:01
在4楼看到了,我奇怪的是,为什么一个没有对时间导数项的方程还有初始条件?

这个是锂离子电池固相电势的控制方程,一个普通导体不一样,其固相电势还受到内部锂离子含量的影响,即使源项j(x,t)为0,其固相电势也不为0,其实这个也是我比较费解的地方,形式上就是椭圆问题,但是又不太对,查各种资料,椭圆问题的离子就是泊松或者拉普拉斯方程,或者是静电场方程,但是我觉得锂离子电池里的这个方程和那些不是完全一样,希望您能给些意见,谢谢!
13楼2013-07-27 09:12:38
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普通回帖

pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
我记得我回答过你这问题啊
http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=5926397
椭圆形方程由于有gauss定理的约束,一般不能都给Neumann边界,除非你的边界给的正好和源项积分一致。这一点,我在前贴中已经说明了。在数值计算中,更是不能都给Neumann边界,这样是个超定的解,会引起数值不稳定性的。
2楼2013-07-26 16:19:34
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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

引用回帖:
2楼: Originally posted by pippi6 at 2013-07-26 16:19:34
我记得我回答过你这问题啊
http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=5926397
椭圆形方程由于有gauss定理的约束,一般不能都给Neumann边界,除非你的边界给的正好和源项积分一致。这一点,我在前贴中已经说明了。 ...

我记得您的回复十分感谢,回去也翻阅了一些资料,您说的“除非你的边界给的正好和源项积分一致”这个条件应该是满足的,这个条件对应我体系的物理意义是电荷守恒条件。另外,我查阅了很多文献,该方程的控制模型就是含有2个纽曼边界条件,由于不是数学方面的期刊所以都没说是如何求解的,只是给出了方程和条件
3楼2013-07-26 16:30:56
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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

好多数学方面的书都说此类方程是无解或多解,可是文献里给出的就是这个类型的方程,我现在是十分抓狂,求指点啊。
下图出自文献中Table I
E. Prada et al. Journal of The Electrochemical Society 159, 9 (2012) A1508-A1519.
一个椭圆型偏微分方程的数值解
文献中控制方程.png

4楼2013-07-26 16:36:16
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pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by lgycjpcqu at 2013-07-26 16:30:56
我记得您的回复十分感谢,回去也翻阅了一些资料,您说的“除非你的边界给的正好和源项积分一致”这个条件应该是满足的,这个条件对应我体系的物理意义是电荷守恒条件。另外,我查阅了很多文献,该方程的控制模型就 ...

如果是静电导体方程就好说了,这是原方程确实有无穷多个姐,但是电势本来就是不确定的,可以相差一常数。“除非你的边界给的正好和源项积分一致”正好反映了电荷守恒,都有明确的物理意义。你的问题到底在哪里啊?
5楼2013-07-26 16:45:46
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pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询

【答案】应助回帖

另外,如果是数值解,比如平面差分,可以用5点格式的差分方程做SOR,然后每次迭代平均一下,把平均数保持在一个固定水平,解决电势的常数任意性问题。但不可以用直接法。这样,也就解决了数值不稳定的问题。所以,物理上有解释,数值上有方法解决,解析上的条件也搞明白了。

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6楼2013-07-26 16:50:53
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arising2010

铜虫 (正式写手)

能把你参考的文献贴上来看看吗
7楼2013-07-26 19:24:18
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arising2010

铜虫 (正式写手)

在4楼看到了,我奇怪的是,为什么一个没有对时间导数项的方程还有初始条件?
8楼2013-07-26 19:28:01
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miliyin

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
椭圆形方程一般不能都给Neumann边界~~~~~~
我的中国梦:希望从某一天开始科研成为我的唯一工作强项
9楼2013-07-26 21:43:00
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lgycjpcqu

金虫 (正式写手)

送红花一朵
引用回帖:
6楼: Originally posted by pippi6 at 2013-07-26 16:50:53
另外,如果是数值解,比如平面差分,可以用5点格式的差分方程做SOR,然后每次迭代平均一下,把平均数保持在一个固定水平,解决电势的常数任意性问题。但不可以用直接法。这样,也就解决了数值不稳定的问题。所以,物 ...

十分感谢您提供的帮助!我需要解的是一维问题,现在是否可以这样认为:源项积分等于边界的条件成立,我对控制方程进行有限差分的离散,然后进行迭代,就可以求得定解了?另外,对迭代方法有要求吗,是必须用SOR还是简单迭代就可以?

另外还有一个问题,该方程为描述电池内固相活性材料电势的方程,该电势除了受到j(x,t)影响,材料本身也具有一定的电势,尤其内部Li离子的含量决定,即使j(x,t)=0,电势也不为零,和一般的导体还不太一样,我是不是需要在每一时刻都根据Li离子的含量为电势赋予初始值?
10楼2013-07-27 08:56:48
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