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数值模拟

已有 16174 次阅读 2012-2-17 16:25 |个人分类:博士生涯|系统分类:科研笔记

第一步:首先要建立反映问题(工程问题、物理问题等)本质的数学模型。具体说就是要建立反映问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。这是数值模拟的出发点。没有正确完善的数学模型,数值模拟就无从谈起。牛顿型流体流动的数学模型就是著名的纳维—斯托克斯方程及其相应的定解条件。

第二步:数学模型建立之后,需要解决的问题是寻求高效率、高准确度的计算方法。由于人们的努力,目前发展了许多数值计算方法。计算方法不仅包括微分方程的离散化方法及求解方法,还包括贴体坐标的建立边界条件的处理等。这些过去被人们忽略或回避的问题,现在受到越来越多的重视和研究。要有一个idea,这是很重要的,物理的思想是最重要的,数值的结果是为其服务的

第三步:针对某一个具体的问题编一个程序骨架,就像制造了一件实验设备一样。编的程序不能太死,要适当地多设值一些参数,使程序有足够的灵活性,适用的范围更加宽广。

  第四步:在确定了计算方法和坐标系后,就可以开始编制程序和进行计算。实践表明这一部分工作是整个工作的主体,占绝大部分时间。由于求解的问题比较复杂,比如一个非线性的十分复杂的方程,它的数值求解方法在理论上不够完善,所以需要通过实验来加以验证。正是在这个意义上讲,数值模拟又叫数值试验。

第五步:确定参数,制定运行程序的步骤。这一步要求我们要先去做一些解析工作,这是数值模拟成败的关键,因为如果参数区间选取的不合适,就看不到我们要看到的现象。还要有个模拟计划,我的研究重点是哪几个,第一步做什么,第二步做什么,等等,写出来,时刻提醒自己,不要做的时候乱了分寸。把想研究的东西都明确下来。

第六步:运行程序,得到数据,分析数据,分类和备份结果。通常是要把图画出来,与自己预期的结果比较,得出结果,写成文章或是报告。写报告是有必要的,就像写实验报告一样,一方面是把自己辛苦的工作成果做一总结,另一方面也是留作备份,方便以后查阅。如果嫌麻烦,不必写的十分详细,但要包括源程序、程序说明、数据文件、图表和结果分析,把它们整理好,放在一个文件夹中。通常我们会在不同的参数下得到不同的数据,这就需要好好做一下分类,最好是一个结果放在一个文件夹里。在计算工作完成后,大量数据只能通过图像形象地显示出来。因此数值的图像显示也是一项十分重要的工作。

第七步:想想还可以做点其它什么事情,通常由于我们的目的性太强,把原来的问题解决了就觉得程序没有价值了,其实一个程序就是一架仪器,参数就是实验的材料,不充分利用的话就是一种资源浪费。有了这种观点,就会不断地去思考新的问题,得到更深入的结果。

 



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