Python程序中温度更新出现振荡问题的分析和解决方案

在处理温度更新出现振荡问题时，可以考虑以下分析和解决方案：检查温度更新算法是否正确，可能存在错误导致振荡。检查温度更新的步长（时间步长）是否合适，步长过大可能导致振荡。检查系统动力学模型是否准确，可能存在模型不准确导致振荡。

1、问题背景

在 Python 程序中，通过 class 方法 “update()” 来模拟温度变化时，当 warp 值设置为较高数值（如 1000）时，温度会出现剧烈的振荡。所有温度均以开尔文表示，以简化处理。

2、解决方案

1. 问题分析

问题根源在于积分方案不合理。积分时间步长是 self.warp 个时间单位，即 self.warp 秒，这并不是正确的方法。

需要将方程转换为无量纲形式，即用某种计算单位表示每个项。例如，斯特藩-玻尔兹曼常数和 self.power 可以用这样的单位来衡量，该常数为 1。

然后，应确定对象的特征时间，例如温度达到某种程度的平衡温度所需的时间。如果存在许多这样的对象，则应找到所有特征时间中最小的一个，并将其用作时间的计量单位。

然后，积分时间步长应大约比特征时间小一个数量级，否则将完全错过微分方程的正确解，并最终出现剧烈的振荡。

2. 改进方案

将方程转换为无量纲形式，即用某种计算单位表示每个项。

确定对象的特征时间，例如温度达到某种程度的平衡温度所需的时间。

将积分时间步长设置为大约比特征时间小一个数量级。

3. 代码示例

importmath

#Critical to the Stefan-Boltzmann equation. Otherwise known as Sigma

BOLTZMANN_CONSTANT=5.67e-8

classGeneratorObject(object):

“””Create a new object to run thermal simulation on.”””

def__init__(self,mass,emissivity,surfaceArea,material,temp=0,power=5000,warp=1):

self.tK=temp#Temperature of the object.    

self.mass=mass#Mass of the object.

self.emissivity=emissivity#Emissivity of the object. Always between 0 and 1.

self.surfaceArea=surfaceArea#Emissive surface area of the object.

self.material=material#Store the material name for some reason.

self.specificHeat=(0.45*1000)*self.mass#Get the specific heat of the object in J/kg (Iron: 0.45*1000=450J/kg)

self.power=power#Joules/Second (Watts) input. This is for heating the object.

self.warp=warp#Warp Multiplier. This pertains to how KSP’s warp multiplier works.

defupdate(self):

“””Update the object’s temperature according to it’s properties.”””

#This method updates the object’s temperature according to heat losses and other factors.

# Convert to dimensionless form

dimensionless_time=self.warp*self.characteristic_time

dimensionless_temperature=self.tK/self.equilibrium_temperature

# Update the dimensionless temperature

dimensionless_temperature-=((self.emissivity*BOLTZMANN_CONSTANT*self.surfaceArea*(math.pow(dimensionless_temperature,4)-math.pow(30+273.15,4)))/self.specificHeat)-(self.power/self.specificHeat))*dimensionless_time

# Convert back to physical units

self.tK=dimensionless_temperature*self.equilibrium_temperature

通过上面的方法，我们可以分析和解决 Python 程序中温度更新出现振荡问题。不同的问题可能需要不同的解决方案，需要根据具体情况选择合适的方法。如果大家有任何问题都可以评论区留言讨论。