A Comparative Study on Finite Difference Method and Finite Analytic Method to One-Dimensional Convective-Diffusion Equation

1차원 이류·확산 방정식에 대한 유한차분법과 유한해석법의 비교연구

  • 최성열 (연세대학교 대학원 토목공학과) ;
  • 조원철 (연세대학교 토목공학과) ;
  • 이원환 (연세대학교 토목공학과)
  • Received : 1992.12.29
  • Published : 1993.07.31

Abstract

In this study, the applicability of finite analytic method (FAM) is studied by selecting linearized-Burgers equation and Burgers equation which have convective and diffusive behaviors as the model equation of Navier-Stokes equations and by comparing numerical solution of finite difference method (FDM) and finite analytic method. The results are as follows. It is shown that the convergence of FAM for steady-state analytic solution of linearized-Burgers equation and Burgers equation is better than that of FDM under the same criteria. Also the accuracy of FAM for transient solution of Burgers equation is excellent. Especially, it is shown that oscillation phenomenon due to dispersion errors which occur according to the choice of grid size in FDM does not occur in FAM at all. So, it can be thought that FAM is numerically very stable scheme, which is free from dispersion errors.

본 연구는 Navier-Stokes 식의 모형방정식으로 이류 및 확산거동을 갖는 선형화된 Burgers 방정식과 비선형 형태의 Burgers 방정식을 선택하여, 이에 대한 유한차분법과 유한해석법의 수치해를 해석해와 비교하여 봄으로써, 유한해석법의 응용성에 대해 고찰한 것이다. 본 연구를 통하여 얻어진 성과를 요약하면 다음과 같다. Burgers 방정식 및 선형화된 Burgers 방정식의 정상상태의 해석해를 사용하여 두 수치기법에 따른 수치해를 비교해 본 결과, 해석해와의 근사정도를 동일 기준 하에서 살펴볼 때, 유한해석법이 유한차분법보다 우수한 것으로 나타났다. Burgers 방정식의 비정상상태의 해석해에 대한 정확성 또한 유한해석법이 보다 잘 일치하는 것으로 나타났다. 특히 유한해석법은 유한차분법의 사용시 격자 크기의 선택에 따라 해의 수렴과정에서 발생할 수 있는 위상오차에 기인한 진동현상이 전혀 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 유한해석법은 수치기법상 위상오차로부터 자유로운 안정된 해석기법이라고 판단된다.

Keywords