Thermal State of a Region with a Thermally Insulated Moving Boundary

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Mathematical model representations of the temperature effect in regions with a thermally insulated moving boundary are developed. The boundary conditions for thermal insulation of a moving boundary are formulated both for locally equilibrium heat transfer processes within the classical Fourier phenomenology and for more complex locally nonequilibrium processes within the Maxwell–Cattaneo–Lykov–Vernott phenomenology, taking into account the finite speed of heat propagation. The applied problem of heat conductance and the theory of thermal shock for a region with a moving thermally insulated boundary, free from external and internal influences, is considered. An exact analytical solution of the formulated mathematical models for equations of the hyperbolic type is obtained. Methods and theorems of operational calculus and Riemann–Mellin contour integrals are used to calculate the originals of complex images with two branch points. A mathematical apparatus for the equivalence of functional structures for the originals of the obtained operational solutions is proposed. It is shown that the presence of a thermally insulated moving boundary leads to the appearance of a temperature gradient in the region and, consequently, to the appearance in the region of a temperature field and corresponding thermoelastic stresses of a wave nature. A numerical experiment is presented and the possibility of transition from one form of analytical solution of the temperature problem to another equivalent form is shown. The described effect manifests itself both for equations of the parabolic type based on classical Fourier phenomenology and for equations of hyperbolic type based on the generalized phenomenology of Maxwell–Cattaneo–Lykov–Vernott.

About the authors

E. M. Kartashov

MIREA–Russian Technological University (Lomonosov Moscow Institute of Fine Chemical Technology)

Author for correspondence.
Email: professor.kartashov@gmail.com
119571, Moscow, Russia

References

  1. Карташов Э.М. Тепловое разрушение полимерных волокон в теории временной зависимости прочности // Тонкие химические технологии. 2021. Т. 16. № 6. С. 526.
  2. Карташов Э.М., Соловьев И.А. Стохастический анализ эффекта возникновения градиента температуры при теплоизолированной движущейся границе // Изв. РАН. Сер. Энергетика. 2017. № 1. С. 1.
  3. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. М.: URSS, 2017. 1090 с.
  4. Vernott P. Les paradoxes de la theorie continue de l’ eguation de la chaleur // Comptess Rendus. 1958. V. 246(22). P. 3154.
  5. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.
  6. Cattaneo C. Sur une forme de l’ eguation de la chaleur eliminant le paradoxe d’ une propagation instantance // Comptess Rendus.1958. V. 247(4). P. 431.
  7. Лыков А.В. Применение методов термодинамики необратимых процессов к исследованию тепло- и массообмена // ИФЖ. 1965. Т. 9. № 3. С. 287.
  8. Баумейстер К., Хамилл Т. Гиперболическое уравнение теплопроводности. Решение задачи о полубесконечном теле // Теплопередача. 1969. № 4. С. 112.
  9. Соболев С.Л. Локально-неравновесные модели процессов переноса // УФН. 1997. Т. 167(10). С. 1095.
  10. Жоу Д., Касас-Баскес Х., Лебон Дж. Расширенная необратимая термодинамика. М.–Ижевск: Институт комплексных исследований, 2006. 528 с.
  11. Кудинов В.А., Кудинов И.В. Получение и анализ точного аналитического решения гиперболического уравнения теплопроводности для плоской стенки // ТВТ. 2012. Т. 50. № 1. С. 118.
  12. Кудинов В.А., Кудинов И.В. Исследование теплопроводности с учетом конечной скорости распространения теплоты // ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 301.
  13. Кирсанов Ю.А. Моделирование теплофизических процессов. СПб.: Политехника, 2022. 230 с.
  14. Еремин А.В. Исследование быстрорелаксирующих температурных возбуждений, вызываемых сверхкороткими лазерными импульсами // Современная наука. Естественные и технические науки. 2019. № 8. С. 47.
  15. Еремин А.В. Об одном методе математического моделирования процесса переноса теплоты в твердых телах // Перспективы науки. 2019. Т. 7(118). С. 101.
  16. Еремин А.В. Методология моделирования тепломассопереноса, упругих колебаний и электромагнитных волн с учетом пространственно-временной нелокальности. Автореферат дис. … докт. техн. наук. Самара, 2021. 30 с.
  17. Жуков В.В. Исследование внутренних механизмов переноса тепла, массы, импульса с учетом релаксационных явлений. Автореферат дис. … канд. техн. наук. Самара, 2021. 18 с.
  18. Формалев В.Ф. Уравнения математической физики. М.: URSS, 2020. 648 с.
  19. Карташов Э.М. Аналитические решения гиперболических моделей переноса // ИФЖ. 2014. Т. 87. № 5. С. 1072.
  20. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитическая теория теплопроводности и прикладной термоупругости. М.: URSS, 2012. 650 с.
  21. Карташов Э.М. Развитие обобщенных модельных представлений теплового удара для локально-неравновесных процессов переноса теплоты // Российский технологический журнал. 2023. № 11(3). С. 70.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (63KB)
3.

Download (45KB)

Copyright (c) 2023 Э.М. Карташов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».