Abstract
we proposed a numerical method for solving the inverse heat conduction problem with incomplete data. The problem addresses heat transfer in a homogeneous object whose surface experiences uniform external thermal action. The model is formulated as an inverse heat conduction problem for a onedimensional parabolic partial differential equation, incorporating an initial condition and a single boundary condition. The boundary condition relies on temperature measurements taken at the object’s surface. Our approach utilizes a computational finite-difference scheme to solve the inverse problem, with regularization techniques ensuring numerical stability. The discretization steps serve as the regularization parameter. To assess the reliability of the proposed method and estimate the numerical error, we conducted computational experiments. These experiments included a comparative analysis of the numerical results against test functions. The computational findings demonstrate the feasibility of numerically solving inverse problems with incomplete data and confirm the sufficient reliability of the proposed approach.
References
Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука; 1986. 288 с.
Иванов В. К., Васин В. В., Танана В. П. Теория линейных некорректных задач и ее приложения. М.: Наука; 1978. 208 c.
Лаврентьев М. М., Романов В. Г., Шишатский С. П. Некорректные задачи математической физики и анализа. М.: Наука; 1980. 286 с.
Кабанихин С. И. Обратные и некорректные задачи. Новосибирск: Сибирское научное издательство; 2009. 457 с.
Ягола А. Г., Степанова И. Э., Титаренко В. Н., Ван Я. Обратные задачи и методы их решения. Приложения к геофизике. М.: Бином; 2014. 216 с.
Samarskii A. A., Vabishchevich P. N. Numerical Methods for Solving Inverse Problems of Mathematical Physics. Berlin: Walter de Gruyter; 2007. DOI: https://doi.org/10.1515/9783110205794.
Vasyliev V., Vasilyeva M. An Accurate Approximation of the Two-Phase Stefan Problem with Coefficient Smoothing. Mathematics. 2020;8:19224. DOI: 10.3390/math8111924.
Lukyanenko D. V., Borzunov A. A., Shishlenin M. A. Solving Coefficient Inverse Problems for Nonlinear Singularly Perturbed Equations of the Reaction-Diffusion-Advection Type with Data on the Position of a Reaction Front. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2021;20(4):727–737. DOI: 10.1016/j.cnsns.2021.105824.
Дилигенская А. Н. Решение ретроспективной обратной задачи теплопроводности на основе параметрической оптимизации. Теплофизика высоких температур. 2018;56(3):399–406. DOI: 10.7868/S0040364418030110.
Procudina L. A., Yaparov D., Numerical Modeling of the Mass of the Flowing Liquid at Transverse Oscillations of the Straight Tube. AIP Conference Proceedings Application of Mathematics in Technical and Natural Sciences: 11th International Conference for Promoting the Application of Mathematics in Technical and Natural Sciences, AMiTaNS. 2019;2164:120011. DOI: 10.1063/1.5130871.
Япарова Н. М., Гаврилова Т. П. Интегральная модель и численный метод определения температуры при линейном теплопереносе. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2019;19(4):60–71. DOI: 10.14529/ctcr190406.
Латтес Р., Лионс Ж.-Л. Метод квазиобращения. М.: Мир; 1970. 336 с.
Алифанов О. М. Обратные задачи теплообмена. М.: Машиностроение; 1988. 280 c.
Beck J. V., Blackwell B., St. Clair C. R. Jr. Inverse Heat Conduction: Ill–Posed Problems. New York: Wiley-Interscience; 1985. 308 p.
Uhlmann G. Electrical Impedance Tomography and Calderón’s Problem. Inverse Problems. 2009;25:123011. DOI: 10.1088/0266-5611/25/12/123011.
Yaparova N. M. Numerical Method for Solving an Inverse Boundary Problem with Unknown Initial Conditions for Parabolic PDE Using Discrete Regularization. Lecture Notes in Computer Science. 2017;10187:752–759. DOI: 10.1007/978-3-319-57099-0_87.
Япарова Н. М. Метод решения некоторых многомерных обратных граничных задач параболического типа без начальных условий. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2015;15(2):97–108. DOI: 10.14529/ctcr150211.
Калиткин Н. Н. Численные методы. М.: Наука; 1995. 512 с.
Япаров Д. Д., Шестаков А. Л. Cаморегуляризирующий метод динамических измерений. Автоматика и телемеханика. 2024;4:112–124. DOI: 10.31857/S0005231024040073.