Analytical solution for the time-fractional heat conduction equation in spherical coordinate system by the method of variable separation

In this paper,using the fractional Fourier law,we obtain the fractional heat conduction equation with a time-fractional derivative in the spherical coordinate system.The method of variable separation is used to solve the timefractional heat conduction equation.The Caputo fractional derivative of the order 0 〈 α≤ 1 is used.The solution is presented in terms of the Mittag-Leffler functions.Numerical results are illustrated graphically for various values of fractional derivative.

热传导方程Robin系数反问题解的唯一性及正则化解的存在性

Robin系数在热传导模型中刻画了热传导区域边界上的热交换,是一类非常重要的参数,本文基于某小时段温度测量值反演热传导模型中的Robin系数.首先,在边界值以及测量值满足一定的光滑性条件时,给出了反问题解的唯一性;其次,基于Tikhonov正则化思想,通过构造目标泛函将反问题转化为求目标泛函的极小值,并证明了泛函极小元的存在性.

温度场的有限差分计算——以一维温度场为例

已有关于温度场的研究多是从热传导方程出发的,且大多未考虑材料性能随温度的变化.从能量平衡的角度研究温度场,能有效考虑热对流边界条件和材料性能随温度变化的问题.为了更好地还原实际情况,首先,基于能量平衡的原理,采用有限差分法建立了瞬态传热问题的有限差分方程;其次,考虑材料性能随温度的变化,使用MATLAB进行编程计算温度场;最后,给出算例,并通过与相应的ABAQUS有限元模拟结果对比,证明该方法能有效处理此类问题.研究发现:在升温环境中,是否考虑材料热工参数随温度变化不影响温度分布规律,但影响温度大小;当考虑材料性能随温度变化时,计算得到的物体内部温度高于不考虑材料性能变化时的温度;环境温度采用国际标准升温曲线时,在边界处物体内部温度变化与环境温度变化形式相同,均呈对数形式;在远离边界的物体内部,温度变化幅度随着离边界距离的增大而减小,温度变化呈指数形式.

圆柱体状材料上非Fourier热传导奇异摄动解

运用非Fourier热传导定律在圆柱体状材料上建立温度场模型,该模型在数学上表达为三维奇异摄动双曲方程的初边值问题。首先,通过柱坐标变换,使用奇异摄动方法得到内外解方程;其次,使用分离变量法求解内外解,得到形式渐近解;最后,运用余项估计,得到解的一致有效性。

一类非线性热传导方程的线性化解法

提出了用一阶线性常微分方程及其解构造非线性偏微分方程精确解的线性化解法.利用该方法求出(3+1)维和(1+1)维的Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov型方程的精确解,其中包括扭状孤立波和代数孤立波解,并把(1+1)维的Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov型方程推广到具有任意次非线性项的一般热传导方程,得到了其解.

导电混凝土材料电阻系数的研究和分析

作者研究表明:导电混凝土电气加热蓄热冷却过程中温度(t)随时间(z)变化的客观规律可用广义吴震东方程精确描述和控制.在冬季,导电混凝土墙面、地面及水泥混凝土路面在通电加热或融雪化冰过程中的热工计算也可用广义吴震东方程精确地描述,但需要考虑0℃的冰吸热后转化为0℃的水所需的溶解热,基于这一原理建立了导电混凝土融雪化冰新的热力学微分方程及一整套精确的理论公式,其中,电功率(P)的计算与导电混凝土材料的电阻系数(ρ)密切相关,在上述的基础上对导电混凝土材料电阻系数ρ的主要影响因素,作了研究和分析.

变系数瞬态热传导问题边界元格式的特征正交分解降阶方法

提出了一种基于边界元法求解变系数瞬态热传导问题的特征正交分解(POD)降阶方法,重组并推导出变系数瞬态热传导问题适合降阶的边界元离散积分方程,建立了变系数瞬态热传导问题边界元格式的POD降阶模型,并用常数边界条件下建立的瞬态热传导问题的POD降阶模态,对光滑时变边界条件瞬态热传导问题进行降阶分析.首先,对一个变系数瞬态热传导问题,建立其边界域积分方程,并将域积分转换成边界积分;其次,离散并重组积分方程,获得可用于降阶分析的矩阵形式的时间微分方程组;最后,用POD模态矩阵对该时间微分方程组进行降阶处理,建立降阶模型并对其求解.数值算例验证了本文方法的正确性和有效性.研究表明:1)常数边界条件下建立的低阶POD模态矩阵,能够用来准确预测复杂光滑时变边界条件下的温度场结果;2)低阶模型的建立,解决了边界元法中采用时间差分推进技术求解大型时间微分方程组时求解速度慢、算法稳定性差的问题.

一变系数非线性发展方程组的自-BT及其精确解

利用齐次平衡原则,导出了一变系数非线性发展方程组的自-Backlund变换(自-BT);借助此自-BT和变系数热传导方程的各种精确解用代数的方法获得了方程组的各种精确解.

良导体导热系数测量的新尝试

采用稳态法,使用精确度更高的电位差计替代原仪器上的毫伏表来测温差电动势,从而可以尽最大可能的缩短测温孔的间距,使测量的导热系数有更高的精确度和使用性。此外利用热水槽作热源,既利于控温,又能更好的保持稳态时的稳定供热,稳态时扰动较小。

一维热传导方程的混合问题的显性解的两种求解方法

本文用分离变量法与算子半群理论讨论如下一维热传导方程的混合问题:﹛u_t-a^2u_(xx)=f(x,t)0<x<l,0<t<Tu(x,0)=φ(x)0<x<lu(0,t)=u(l,t)=0 0<t<T的显性解求解问题。

热传导实验数据分析与教学设计

通过一组假体人的高温现场实验数据对多层介质中热传导规律进行了教学设计研究。在建立多层防护服的热传导定解问题模型过程中以及在引入有限差分算法对所建立模型进行求解的过程中,设计了逻辑上递进的子问题。通过这些问题的思考引导学生对实验数据进行更深入地思考,达到有效分解细化研究进程的目的。

应用马丁─侯状态方程计算含氨气体混合物的物性参数

本文将马丁—侯状态方程用于计算气体混合物的恒压热容、粘度和导热系数．含氨气体混合物的恒压热容为理想气体混合物热容与真实气体混合物剩余热容之和，根据剩余粘度法计算粘度，剩余导热系数法计算导热系数．三种压力，不同温度条件下气体混合物恒压热容、粘度和导热系数的计算结果表明：计算值与实验值相吻合．并分别拟合了合成氨生产三种工艺含氨气体混合物恒压热容、粘度、导热系数的计算式。

一随机非线性发展方程组的自-BT及其精确解

利用齐次平衡原则及厄尔米特变换,借助于变系数热传导方程的各种精确解,用代数的方法获得了一随机非线性发展方程组的各种精确解.

求解非线性导热方程的一种高精度离散格式

对于常系数或弱非线性导热方程采用经典的有限容积离散格式就可以获得较高精度的数值解,而对于变系数或强线性导热方程则会产生较大的误差,为获得满意的结果需要加密网格,因此会大量消耗存储空间和运算时间从而增加计算成本.针对上述问题,本文基于微元体平衡法并结合控制容积积分法,由能量守恒定律重新推导了关于节点温度的差分方程,给出了导热方程的高精度离散格式,并推导了各坐标系下差分方程系数的计算公式.通过几个代表性的算例对本文格式进行了考核并与文献中经典离散格式的计算结果进行了对比.数值试验结果表明,无论是非线性还是变截面导热问题,采用本文格式在较少的网格数下均能获得高精度的解.

热传导系数跳跃的三维非Fourier温度场分布的奇摄动双参数解

应用非Fourier热传导定律构建了温度场模型,即一类在无界域上的三维奇摄动双曲抛物方程的初边值问题.随着温度急剧变化,热传导系数发生跳跃,相应可以用非线性的具有间断系数的奇摄动双参数双曲方程表示.通过奇摄动双参数展开方法,得到了该问题的渐近解.首先应用奇摄动方法得到该问题的展开式,通过对解做出估计以及古典解的存在唯一性定理给出了内解和外解的存在性、唯一性.其次,由奇摄动理论,得到该类奇摄动双曲方程进行了初始层矫正,得到了解关于时间的导数的估计.并且通过用Fourier变换确定了热传导系数跳跃的位置表达式,从而得到了解的形式渐近展开式.最后通过余项估计,得到了渐近解的一致有效性,从而得到了热传导系数间断的温度场的分布.

一类热传导系数跳跃的非Fourier温度场分布的奇摄动双参数解

应用非Fourier热传导定律构建了温度场模型,即一类在有界域上带小参数的奇摄动双曲方程,由于温度急剧变化热传导系数出现跳跃的情况,得到了非线性的具有间断系数的奇摄动双参数双曲方程.通过奇摄动双参数展开方法,得到了该问题的渐近解;其次对热传导系数跳跃位置进行了定性分析,得到了确定热传导系数跳跃位置的计算公式,从而确定了解的形式渐近展开式;再通过余项估计,得到了渐近解的一致有效性,从而得到了完整温度场的分布.

热传导方程反系数问题解的稳定性

研究了一类热传导方程反系数问题,在已知一些观测数据前提下,利用最优控制方法,构造了一个新的泛函,并在一定的条件下,证明了极小化泛函问题解的稳定性.

一种新的径向导热界面参数插值格式

以变系数径向导热问题为研究对象,由傅里叶导热定律提出了较之文献更为合理的热导计算方法.根据流的相容性原理分别推导得出极坐标、柱坐标和球坐标系下新的界面半径和界面导热系数插值格式.通过几个变系数和非线性导热问题对插值格式进行考核,并与文献中的插值格式进行对比.结果表明,推导的格式充分考虑了变截面和变物性的综合影响,对于非线性和变系数导热问题能得到更精确的结果.

回采面非均质围岩散热量的电算模型

本文采用差分法建立了回采面非均质围岩散热量的电算模型;依此模型为基础,得出了回采面风温的求算式,并进行了实例验证。

关于求解二维三温热传导问题的一点探讨

本文首先给出了二维三温热传导问题的数学模型和有关数据,在单层三角形网格剖分下,讨论了牛顿和固结系数两种线性化方法,经典的和保对称的两种有限体离散方法,并获得了对比数值结果.