有限差分中二维斯托克斯流的奇异矩阵

计算科学 线性代数 有限差分
2021-12-24 22:08:40

我通过有限差分求解二维斯托克斯流有一个问题。我正在使用标记和单元格方法,我的方案是

o-------vx1.1-------o-------vx1.2-------o | | | vz1.1 P1.1 vz1.2 P1.2 vz1.3 | | | o-------vx2.1-------o-------vx2.2-------o | | | vz2.1 P2.1 vz2.2 P2.2 vz2.3 | | | o-------vx3.1-------o-------vx3.2-------o

我正在用边界条件在边界处解决它。我的方程式是 v=0

v=0

P+η2v=RHS

我的矩阵看起来像(点 . 为零)

1.0........ 1.0................... . 1.0.. 1.0........................ .. 1.0.......................... ... 1.0........ 1.0................ .... 1.0........................ ..... 1.0....................... ...... 1.0........ 1.0............. ....... 1.0..................... ........ 1.0.................... ......... 1.0................... .......... 1.0.. 1.0............... ........... 1.0................. ... 4.5 4.5.. -4.5. -4.5.. -9.0 -4.5 1.5 4.5 4.5 -1.5... 4.5....... ... 4.5 4.5.. -4.5.... -9.0-13.5. 4.5 4.5 -1.5.... 4.5 1.5..... .... -1.5.... -1.5.. 1.5 1.5............... ............... 1.0............. ...... 4.5 4.5.. -4.5.... -9.0-13.5. 4.5. -1.5.... 4.5 1.5 4.5. ....... -1.5.... -1.5.. 1.5 1.5............ .................. 1.0.......... ................... 1.0.. 1.0...... .................... 1.0........ ............ 4.5 4.5.. -4.5. -4.5.. -9.0 -4.5 1.5 4.5 4.5 -1.5. 4.5 ...................... 1.0...... ............. -1.5.... -1.5.. 1.5 1.5...... ........................ 1.0.... ......................... 1.0... ................ -1.5.... -1.5.. 1.5 1.5... ................ 1.0.......... 1.0. ......... 1.0.................. 1.0

这是针对 1.1 - 3.2 的网络,就像我在上面写的一样,但是网络被镜像了。矩阵填充为(列)vx, vz, P of 1.1, vx,vz,P of 1.2, vx,vz,P of 1.3(vx 和 P 的点是任意的),vx,vz,P 为 2.1 等等一。矩阵似乎是规则的,但 SVD 分解说不是,这些是矩阵的排序奇异值:

27.5420715513798 17.4983644162386 13.0585213530020 7.91769353816330 2.90355494070429 2.47099309663979 2.01114749046610 1.78190740642182 1.54014039952304 1.48327145289315 1.38900389385430 1.26550776173684 1.12306273303955 1.01704742320595 1.00000000000000 1.00000000000000 1.00000000000000 1.00000000000000 1.00000000000000 0.931474730095686 0.924742536722870 0.799653920064005 0.602280940813348 0.569579284384847 0.488475169437247 0.202063898865890 0.177767300574206

和简单的高斯消元法(“数值配方”)表示,在将枢轴行除以枢轴元素期间,枢轴元素 a(24,24)=0,因此矩阵是奇异的。第 24 点正是等式。边界压力的连续性 P 2.2 你能否给我一些提示,告诉我如何在公式中找到问题,或者我如何在程序中找到错误?

1个回答

由于到处都有狄利克雷边界条件,因此压力只能确定为常数。如果您使用直接求解器,最简单的解决方法是在某一点固定压力。使用迭代求解器,通常最好使用原始系统,但要投影出常数模式。