Начальные и краевые условия.




Начальное условие – задание распределения температур во всех точках тела в начальный момент времени

Краевое условие задается на поверхности G, ограничивающей тело. Поток тепла изнутри тела через любую часть поверхности тела G пропорционален перепаду температур на этой части границы: где – температура окружающей среды в граничащих с телом точках (G), h – коэффициент теплообмена. С учетом выражения

получаем

В частных случаях краевое условие упрощается. Например, h = 0, что соответствует теплоизолированной границе

Другой частный случай , т.е. коэффициент внешней теплопроводности очень большой. Получаем

что означает, что на границе тело имеет температуру внешней среды.

Задачи диффузии.

Концентрация – число атомов и молекул этого вещества в единице объема.

В задачах диффузии находится неизвестная функция – концентрация диффундирующего вещества, обозначаемая

Процесс диффузии аналогичен теплопроводности, поэтому уравнение диффузии будет иметь вид

Здесь D – коэффициент диффузии.

Начальные условия –

мы задаем начальную концентрацию. Краевые условия

соответствует тому, что граница G непроницаема для диффундирующего вещества, - концентрация на границе

Уравнения параболического типа.

Решение задачи теплопроводности в бесконечном стержне методом Фурье.

Рассматривается тонкий длинный теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого теплоизолирована. Уравнение теплопроводности для него имеет вид

В случае если стержень очень длинный, то на процессы в средней его части условия на границе не будут сказываться в течение конечного времени. В таких задачах стержень считается бесконечным. В результате мы будем иметь только начальное условие

тогда

уравнение принимает вид

начальное условие

Будем искать решение в виде

или

Так как левая часть этого уравнение зависит только от , а правая – только от x, то мы можем сделать вывод, что равенство возможно только в том случае, если и левая и правая части равны одной и той же константе:

В результате для Т() получаем

Так как температура стержня должна оставаться конечной при , то должно быть , т.е. мы можем положить

и

Уравнение для X(x) принимает вид

и его общее решение

Тогда

A = A(), B = B() и семейство частных решений уравнения имеет вид

Или

Неизвестные функции A() и B() подбираются так, чтобы удовлетворить начальному условию:

которое примет вид

Это решение задачи о теплопроводности в бесконечном стержне. Оно может быть преобразовано к виду

В этом случае решение задачи будет иметь вид

и по теореме о среднем оно может быть записано следующим образом

Количество теплоты, переданное стержню, пропорционально произведению и при должно оставаться конечным =1 получаем, что при . Т.о., точечный тепловой импульс может быть записан в виде δ-функции Дирака:

которое есть фундаментальное решение при

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: