Transcript Распределение тепла в пластине. Смешанные краевые условия
Распространение тепла в тонкой, однородной пластине. Метод Фурье. Краевая задача с граничными условиями смешанного типа.
Сергей Мацкевич ИФО 3-2
Дифференциальное уравнение теплопроводности
Дифференциальное уравнение теплопроводности дает зависимость между температурой, временем и координатами.
Коэффициент - - коэффициент температуропроводности
Краевые условия
Начальные условия. Граничные условия.
1-го рода: 2-го рода: Смешанного типа: Краевые условия. Совокупность граничных и начальных условий называется краевыми условиями. Дифференциальное уравнение вместе с краевыми условиями образуют краевую задачу.
Прямоугольная пластина
Рассмотрим тонкую, однородную, прямоугольную пластину. Здесь температура u зависит от двух координат – x,y. Найти температуру в любой точке пластины в любой момент времени.
Рассмотрим два случая: 1.
2.
Пластина, контур которой поддерживается при нулевой температуре Пластина, два противоположных края которой поддерживаются при нулевой температуре, а два других теплоизолированы
Первая начально-краевая задача
Контур пластины поддерживается при нулевой температуре, а тепловой обмен между боковой поверхностью пластины с окружающей средой отсутствует.
Решение
Задача сводится к отысканию решения уравнения при начальном условии при граничных условиях
Решение уравнения ищем методом Фурье где С учетом граничных условий получим решения: Тогда решение данной задачи имеет вид где
Тогда окончательный вид решения будет:
Краевая задача с граничными условиями смешанного типа
Рассмотрим тонкую однородную прямоугольную пластинку размера axb, два противоположных края которой x=0 и x=a поддерживаются при нулевой температуре, а два других края y=0 и y=b теплоизолированы.
Решение
Задача сводится к отысканию решения уравнения при начальном условии при граничных условиях
Решение уравнения ищем методом Фурье где С учетом граничных условий получим решения: Тогда решение данной задачи имеет вид где
Тогда окончательный вид решения будет:
Курсовая задача
Решить краевую задачу с граничными условиями смешанного типа, если в начальный момент времени температура равна Решение данной задачи имеет вид: где
Тогда окончательный вид решения будет:
График задачи
Для иллюстрации поведения температуры покажем график значений u(x,y,t) в момент времени t=60 и при T 0 =10, размер пластины 5х5 :
Заключение
В курсовой работе были рассмотрены следующие задачи: 1.
2.
3.
4.
5.
Первая начально-краевая задача Краевая задача смешанного типа Получено решение 1-ой начально-краевой задачи и с граничными условиями смешанного типа в общем виде Рассмотрена и решена неоднородная краевая задача со смешанными краевыми условиями Качественно решение продемонстрировано на графике