带有Neumann条件的对流扩散方程的一种紧差分格式

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对流扩散方程是一类基本的运动方程,它可描述质量、热量的输运及反应扩散等物理现象.从方程的分类考虑,它属于抛物型(不定常情形)或椭圆型(定常情形)方程,但由于对流占优,它又呈现出双曲方程的基本特征.本文考虑带有Neumann边界条件的常系数对流扩散问题:(a)u/(a)t+α(a)u/(a)x-β(a)2u/(a)x2≥=f(x,t),x∈[a,b], t∈[0,T],u(x,0)=φ(x), x∈[a,b],(a)u/(a)x|x=a=0,(a)u/(a)x|x=b=0,t∈[0,T].其中α,β为常数,且β>0.本文对上述问题建立了一个两层有限差分格式,在内部网格节点上差分格式的逼近精度为O(τ2+h4),在边界点上差分格式的逼近精度为O(τ2+h3).通过离散的能量分析方法给出了差分解的先验估计式,然后分析了差分格式解的存在唯一性、稳定性及收敛性.并给出了差分格式在L∞范数下的收敛阶为O(τ2+h4).最后给出了差分格式的求解方法,并通过数值算例验证了分析结果.
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