- «
≈
- 1 of 30
Once Upon a Time...
Constant diffusion:
J = -D “ ÿ u ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = -“ ÿ J = D D u
1 of 30 Once Upon a Time... Constant diffusion: J = - D u - - PowerPoint PPT Presentation
1 of 30 Once Upon a Time... Constant diffusion: J = - D u u t = - J = D D u But is this truly realistic??? 2 of 30 Problems With Constant Diffusion Any initial
J = -D “ ÿ u ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = -“ ÿ J = D D u
l
n
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑t = D ∑2u
ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ
∑ x2
uHx, 0L = dHxL fl uHx, tL = 1 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅ è!!!!!!!!!!!!! 4 p D t expi k j j j- x2 ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅ 4 D t y { z z z
5 10 0.2 0.4 0.6 0.8
J = -DHuL “ ÿ uHx, tL ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = -“ ÿ J = “ ÿ HDHuL “ ÿuL
∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t - “ ÿ HDHuL “ ÿ uL = 0
GHx, t, u, ux, ut, uxx, uxt, uttL = 0
x êê = ea x t ê = eb t u êê = ec u
x êê = ea x t ê = eb t u êê = ec u
GHx êê, t ê, u êê, u êêx
êê, u
êê
t ê, u
êêx
êêx êê, u
êê
x êêt ê, u
êê
t êt êL = f HeL GHx, t, u, ux, ut, uxx, uxt, uttL
GHx êê, t ê, u êêL = f HeL GHx, t, uL GHea x, eb t, ec uL = f HeL GHx, t, uL GHea x, eb t, ec uL = f HeL H0L GHea x, eb t, ec uL = 0
a x ea ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑x + b t eb ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑t + c u ec ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑u = 0
a x ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑x + b t ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑t + c u ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑u = 0
u = tcêb rHzL z = x ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ taêb
a x ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑x + b t ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑t + c u ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑u = 0 a x ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑z ∑z ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x + b t ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑z ∑z ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t + c u ∑G ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ ∑z ∑z ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑u = 0 ∑z ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x = 1 ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ taêb , ∑z ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = ∫
GHx, t, u, ux, ut, uxx, uxt, uttL = 0 ó gHz, r, r', r''L = 0
∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = “ ÿ HDHuL “ ÿ uL DHuL = D0J u ÅÅÅÅÅÅÅÅ u0 N
m
∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = ∑ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x J D0 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ u0 u ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x N
u0 = 1, so
∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = ∑ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x Ju ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x N
l
n
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑t = ∑
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑x Iu ∑u
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑x M
uHx, 0L = dHxL
‡
¶
uHx, tL „ x = 1
lim
xØ≤¶ uHx, tL = 0
GHx êê, t ê, u êê, u êêx
êê, u
êê
t ê, u
êêx
êêx êê, u
êê
x êêt ê, u
êê
t êt êL = f HeL GHx, t, u, ux, ut, uxx, uxt, uttL
x êê = ea x t ê = eb t u êê = ec u ∑u êê ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t ê - ∑ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑ x êê Ju êê ∑u êê ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑ x êê N = ec-b ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t - e2 c-2 a ∑ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x Ju ∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑x N
c - b = 2 c - 2 a fl c = 2 a - b
u = tcêb rHzL z = x ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ taêb
u = tH2 a-bLêb rHzL z = x ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ taêb
‡
¶
uHx, tL „ x = 1 tH2 a-bLêb ‡
¶
rJ x ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅ taêb N „x = 1 tH3 a-bLêb ‡
¶
rHzL „ z = 1
b = 3 a
u = t-1ê3 rHzL z = x t-1ê3
l
n
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑t = ∑
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑x Iu ∑u
ÅÅÅÅÅÅÅ
∑x M
u = t-1ê3 r HzL z = x t-1ê3 ï3 Hr r'L' + r + z r' = 0
3 r r' + z r = constant
rHzL = A2 - z2 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅ 6
lim
xØ≤¶ uHx, tL = 0
rHzL = l
n
ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ
6
, †x§ < A †x§ > A
‡
¶
uHx, tL „ x = 1
A = J 9 ÅÅÅÅÅ 2 N
1ê3
uHx, tL = l
n
ÅÅÅÅÅÅÅ
6 t HA2 t2ê3 - x2L, †x§ < A t1ê3
†x§ > A t1ê3
0.5 1 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
x f = A t1ê3
„x f ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅ „t = 1 ÅÅÅÅÅ 3 A t-2ê3
0.5 1 0.2 0.4 0.6 0.8
5 10 0.02 0.04 0.06 0.08
∑u ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ∑t = “ ÿ HDHuL “ ÿ uL DHuL = D0J u ÅÅÅÅÅÅÅÅ u0 N
m
uHx, tL = l
n
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ
lHtL J1 - J x
ÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅ
r0 lHtL N 2N 1êm, †x§ § r0 lHtL
†x§ > r0 lHtL
lHtL = J t ÅÅÅÅÅÅÅ t0 N
1êH2+mL
r0 =
Q GI 1 ÅÅÅÅÅÅÅ m + 3 ÅÅÅÅÅ 2 M
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅ
p1ê2 u0 GI 1 ÅÅÅÅÅÅÅ m +1M , t0 = r0 2 m
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ
2 D0Hm+2L
1 2 0.2 0.4 0.6 0.8 1
1 2 0.1 0.2 0.3 0.4
In[30]:=
u@x_, t_D := WhichAAbs@xD < t1ê3, 1
Ht2ê3 − x2L, True, 0E
In[31]:=
uConstantD@x_, t_D := 1
!! ! 4 π t ExpA −x2
E
In[39]:=
Plot@8u@x, .1D, u@x, .2D, u@x, .3D<, 8x, −1, 1<, PlotStyle → 8RGBColor@1, 0, 0D, RGBColor@0, 1, 0D, RGBColor@0, 0, 1D<D;
In[40]:=
Plot@8u@x, .1D, uConstantD@x, .1D<, 8x, −1, 1<, PlotStyle → 8RGBColor@1, 0, 0D, RGBColor@0, 1, 0D, RGBColor@0, 0, 1D<D;
In[46]:=
Plot@8u@x, 10D, uConstantD@x, 10D<, 8x, −10, 10<, PlotRange → All, PlotStyle → 8RGBColor@1, 0, 0D, RGBColor@0, 1, 0D, RGBColor@0, 0, 1D<D;
In[47]:=
λ@t_, m_D := i k j j j t
y { z z z
1
In[48]:=
r0@m_D := GammaA 1
! π Gamma@1 ê m + 1D
In[49]:=
t0@m_D := r0@mD2 ∗ m
In[50]:=
uGeneral@x_, t_, m_D := WhichAAbs@xD ≤ r0@mD λ@t, mD, 1
i k j j j1 − i k j j j x
y { z z z
2y
{ z z z
1êm
, True, 0E
In[54]:=
Plot@8uGeneral@x, .1, 1D, uGeneral@x, .1, 2D, uGeneral@x, .1, 3D<, 8x, −2, 2<, PlotRange → All, PlotStyle → 8RGBColor@1, 0, 0D, RGBColor@0, 1, 0D, RGBColor@0, 0, 1D<D;
In[55]:=
Plot@8uGeneral@x, 10, 1D, uGeneral@x, 10, 2D, uGeneral@x, 10, 3D<, 8x, −2, 2<, PlotRange → All, PlotStyle → 8RGBColor@1, 0, 0D, RGBColor@0, 1, 0D, RGBColor@0, 0, 1D<D;