数理方程 热传导方程的导出数理方程 热传导方程的导出.ppt

电子科技大学 */12 热传导方程的导出 热传导问题三类边界条件 三维热传导方程推导 几个记号 记 与Laplace算子相关的另一算子(梯度算子(grad)) 或 (Laplace算子) 则有 显然 梯度算子 其中, k 是导热系数, u(x, y, z) 是导热体中的温度, 付里叶热传导定律: 在dt时段内,通过面积元dS流入体积元的热量 dQ 与沿面积元外法线方向的温度变化率 成正比, 也与 dS 和dt成正比 通过曲面进入导热体的总热量: 三维热传导方程推导 通过曲面进入导热体的总热量: 温度升高所需热量: Q1 = Q2 三维热传导方程: ut = a2[uxx + uyy + uzz ] Q1 = Q2 记 a2 = k/(c?) ? ? 初始条件: u(x, y, z, 0)= ? (x, y, z) ut = a2[uxx + uyy + uzz ]=Δu II. 第二类边界条件: III. 第三类边界条件: I. 第一类边界条件: (已知边界温度) (边界上有热流进入) (边界上有热交换) 热传导问题三类边界条件 一维热传导方程: ut = a2uxx 热传导方程的初边值问题(第一类边界条件) 例如 L长的细杆边界上有热流进、出 u(x, t ) L O 1. 在 x = L 处有热流 q 流出 ux | x=L = – q / k 2. 在 x = L 处有热流 q 流入 ux | x=L = q / k 3. 在 x = 0 处有热流 q 流出 ux | x=L = q / k 4. 在 x = 0 处有热流 q 流入 ux | x=L = – q / k 这里 为沿热流方向的方向导数 ? 边界上有热交换 拉普拉斯方程与拉普拉斯算子 二维热传导方程: ut = a2[uxx + uyy] 三维热传导方程: ut = a2[uxx + uyy + uzz ] 热传导问题中,如果物体内部没有热源,物体外围温度不随时间变化,则经过相当长时间以后,物体内部的温度将不再改变,趋于稳定状态。 ut =0 uxx + uyy + uzz =0 (Laplace方程) 或 ? 正方形区域上第一边值问题 准确解: O 1 x 1 y 习题2.6（P.26）1 电子科技大学 */12