Une variante de cette équation est très présente en physique sous le nom générique d' équation de diffusion. On la retrouve dans la diffusion de masse dans un milieu binaire ou de charge électrique dans un conducteur, le transfert radiatif, etc. Elle est également liée à l' équation de Burgers et à l' équation de Schrödinger [ 2].
- Equation diffusion thermique unit
- Remorque pour tracteur
Equation Diffusion Thermique Unit
Supposons λ = 0. Il existe alors de même des constantes réelles B, C telles que X ( x) = Bx + C. Une fois encore, les conditions aux limites entraînent X nulle, et donc T nulle. Equation diffusion thermique unit. Il reste donc le cas λ > 0. Il existe alors des constantes réelles A, B, C telles que
Les conditions aux limites imposent maintenant C = 0 et qu'il existe un entier positif n tel que
On obtient ainsi une forme de la solution. Toutefois, l'équation étudiée est linéaire, donc toute combinaison linéaire de solutions est elle-même solution. Ainsi, la forme générale de la solution est donnée par
La valeur de la condition initiale donne:
On reconnait un développement en série de Fourier, ce qui donne la valeur des coefficients:
Généralisation [ modifier | modifier le code]
Une autre manière de retrouver ce résultat passe par l'application de théorème de Sturm-Liouville et la décomposition de la solution sur la base des solutions propres de la partie spatiale de l'opérateur différentiel sur un espace vérifiant les conditions aux bords.
Contrairement au schéma explicite, il est stable sans condition. En revanche,
les à l'instant n+1 sont donnés de manière implicite. Il faut donc à chaque instant n+1 résoudre le système à N équations suivant:
Ce système est tridiagonal. On l'écrit sous la forme:
À chaque étape, on calcule la matrice colonne R et on résout le système. Pour j=0 et j=N-1, l'équation est obtenue par la condition limite. On peut aussi écrire le membre de droite sous la forme:
ce qui donne la forme matricielle
2. d. Analyse de stabilité de von Neumann
L'analyse de stabilité de von Neumann ( [2] [3]) consiste à ignorer les conditions limites et le terme de source, et à rechercher une solution de la forme suivante:
Il s'agit d'une solution dont la variation spatiale est sinusoïdale, avec un nombre d'onde β. Toute solution de l'équation de diffusion sans source et sans condition limite doit tendre vers une valeur uniformément nulle au temps infini. Introduction aux transferts thermiques/Équation de la chaleur — Wikiversité. La méthode numérique utilisée est donc stable si
|σ|<1 quelque soit la valeur de β.
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