Численное моделирование решений обратной граничной задачи теплопроводности

Abstract

В работе рассмотрена обратная граничная задача теплопроводности. Для ее решения предложены различные подходы, основанные на использовании преобразований Лапласа и Фурье. Применение преобразования Лапласа позволило получить операторное уравнение, характеризующее явную зависимость искомой граничной функции от исходных данных на другой границе. Метод, основанный на использовании прямого и обратного преобразований Фурье по переменной, характеризующей время, позволяет получать устойчивые решения, погрешность которых является неулучшаемой по порядку. Предложенные подходы послужили основой для разработки алгоритмов численного решения рассматриваемой задачи и для проведения вычислительного эксперимента, в результате которого были решены обратные задачи для некоторых модельных функций. This paper proposes different approaches that help to find numerical solution to the boundary problem for heat equation. The Laplace and Fourier transforms are the basis for these approaches. The application of the Laplace transform allowed us to obtain an operator equation which connected the unknown function at one boundary with the initial data on the other boundary. The approach based on the Fourier transform for a time variable enables us to get a stable solution for the inverse problem of heat diagnostics. The obtained results are used for devising numerical methods. Comparative computational analysis of these approaches shows the limits of applications and effectiveness of each numerical method.