Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface
A non-stationary thermal conductivity problem for a two-layer cylindrical shell is formulated. The materials of the constituent layers of the shell are assumed to be homogeneous and isotropic. This shell is convectively heated by the external environment. The system of linear two-dimensional equatio...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка
2024
|
| Онлайн доступ: | http://mcm-math.kpnu.edu.ua/article/view/313369 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Mathematical and computer modelling. Series: Physical and mathematical sciences |
Репозитарії
Mathematical and computer modelling. Series: Physical and mathematical sciences| _version_ | 1856543279670099968 |
|---|---|
| author | Мусій, Роман Клапчук, Мирослава Назарук, Олександр Свідрак, Інга Шиндер, Валентин |
| author_facet | Мусій, Роман Клапчук, Мирослава Назарук, Олександр Свідрак, Інга Шиндер, Валентин |
| author_sort | Мусій, Роман |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2024-10-14T19:57:05Z |
| description | A non-stationary thermal conductivity problem for a two-layer cylindrical shell is formulated. The materials of the constituent layers of the shell are assumed to be homogeneous and isotropic. This shell is convectively heated by the external environment. The system of linear two-dimensional equations for the integral temperature characteristics summed over the component layers of the shell was used as the initial system of equations of the problem under consideration. When obtaining this system, the hypothesis of a linear distribution of temperature along the thickness of the entire shell was applied. On the basis of the developed two-dimensional mathematical model of thermal conductivity for layered cylindrical shells, a general solution to the thermal conductivity problem for a two-layered cylindrical shell was obtained. A temperature distribution was found for such a shell, which is locally convectively heated by the external environment in a rectangular region on the outer surface. For the numerical analysis, a metal-ceramic cylindrical shell was considered, the inner layer of which is made of tungsten, and the outer layer is made of ceramics. Under such a structure and conditions of heat exchange with the external environment for the considered shell, the effect of its geometric parameters and thermophysical characteristics of the materials of its component layers on the temperature field on the outer surface of the shell was investigated.
The revealed new qualitative and quantitative regularities can be used to estimate temperature fields in composite elements of layered structures and in structures with one-sided coatings. The dependences of temperature distributions on geometric parameters and thermophysical characteristics obtained in this work are the basis of the theoretical basis for the analysis of temperature regimes of metal-ceramic cylindrical shells. In particular, metal-ceramic dental crowns to predict their temperature regimes are modeled by the two-layer metal-ceramic cylindrical shells described above, which are locally convectively heated by the external environment |
| first_indexed | 2025-07-17T10:44:06Z |
| format | Article |
| id | mcm-mathkpnueduua-article-313369 |
| institution | Mathematical and computer modelling. Series: Physical and mathematical sciences |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T10:44:06Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка |
| record_format | ojs |
| spelling | mcm-mathkpnueduua-article-3133692024-10-14T19:57:05Z Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface Аналіз розподілу температури у двошаровій композитній циліндричній оболонці зумовленої конвективним теплообміном на її зовнішній поверхні Мусій, Роман Клапчук, Мирослава Назарук, Олександр Свідрак, Інга Шиндер, Валентин A non-stationary thermal conductivity problem for a two-layer cylindrical shell is formulated. The materials of the constituent layers of the shell are assumed to be homogeneous and isotropic. This shell is convectively heated by the external environment. The system of linear two-dimensional equations for the integral temperature characteristics summed over the component layers of the shell was used as the initial system of equations of the problem under consideration. When obtaining this system, the hypothesis of a linear distribution of temperature along the thickness of the entire shell was applied. On the basis of the developed two-dimensional mathematical model of thermal conductivity for layered cylindrical shells, a general solution to the thermal conductivity problem for a two-layered cylindrical shell was obtained. A temperature distribution was found for such a shell, which is locally convectively heated by the external environment in a rectangular region on the outer surface. For the numerical analysis, a metal-ceramic cylindrical shell was considered, the inner layer of which is made of tungsten, and the outer layer is made of ceramics. Under such a structure and conditions of heat exchange with the external environment for the considered shell, the effect of its geometric parameters and thermophysical characteristics of the materials of its component layers on the temperature field on the outer surface of the shell was investigated. The revealed new qualitative and quantitative regularities can be used to estimate temperature fields in composite elements of layered structures and in structures with one-sided coatings. The dependences of temperature distributions on geometric parameters and thermophysical characteristics obtained in this work are the basis of the theoretical basis for the analysis of temperature regimes of metal-ceramic cylindrical shells. In particular, metal-ceramic dental crowns to predict their temperature regimes are modeled by the two-layer metal-ceramic cylindrical shells described above, which are locally convectively heated by the external environment Сформульована нестаціонарна задача теплопровідності для двошарової циліндричної оболонки. Матеріали складових шарів оболонки приймаються однорідними та ізотропними. Дана оболонка конвективно нагрівається зовнішнім середовищем. За вихідну систему рівнянь розглядуваної задачі використано систему лінійних двовимірних рівнянь на сумарні по складових шарах оболонки інтегральні характеристики температури. При отриманні даної системи застосовано гіпотезу про лінійний розподіл температури по товщині всієї оболонки. На основі розвинутої двовимірної математичної моделі теплопровідності для шаруватих циліндричних оболонок отримано загальний розв’язок задачі теплопровідності для двошарової циліндричної оболонки. Для такої оболонки, яка у прямокутній області на зовнішній поверхні локально конвективно нагрівається зовнішнім середовищем знайдено розподіл температури. Для числового аналізу розглянуто металокерамічну циліндричну оболонку, внутрішній шар якої виготовлений з вольфраму, а зовнішній – з кераміки. За такої структури і умов теплообміну із зовнішнім середовищем для розглядуваної оболонки досліджено вплив її геометричних параметрів та теплофізичних характеристик матеріалів її складових шарів на величину температурного поля на зовнішній поверхні оболонки. Виявлені нові якісні і кількісні закономірності можуть бути використані для оцінки температурних полів в композитних елементах конструкцій шаруватої структури та в конструкціях з односторонніми покриттями. Отримані в даній роботі залежності розподілів температури від геометричних параметрів та теплофізичних характеристик є основою теоретичної бази для аналізу температурних режимів металокерамічних циліндричних оболонок. Зокрема, металокерамічні зубні коронки для прогнозування їх температурних режимів моделюються описаними вище двошаровими металокерамічними циліндричними оболонками, які локально конвективно нагріваються зовнішнім середовищем. Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка 2024-09-11 Article Article Рецензована Стаття application/pdf http://mcm-math.kpnu.edu.ua/article/view/313369 10.32626/2308-5878.2024-25.114-120 Mathematical and computer modelling. Series: Physical and mathematical sciences; 2024: Mathematical and computer modelling. Series: Physical and mathematical sciences. Issue 25; 114-120 Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки; 2024: Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 25; 114-120 2308-5878 10.32626/2308-5878.2024-25 uk http://mcm-math.kpnu.edu.ua/article/view/313369/304374 |
| spellingShingle | Мусій, Роман Клапчук, Мирослава Назарук, Олександр Свідрак, Інга Шиндер, Валентин Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title | Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title_alt | Аналіз розподілу температури у двошаровій композитній циліндричній оболонці зумовленої конвективним теплообміном на її зовнішній поверхні |
| title_full | Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title_fullStr | Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title_full_unstemmed | Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title_short | Analysis of Temperature Distribution in a Two-Layer Composite Cylindrical Shell Due to Convective Heat Exchange on its Outer Surface |
| title_sort | analysis of temperature distribution in a two-layer composite cylindrical shell due to convective heat exchange on its outer surface |
| url | http://mcm-math.kpnu.edu.ua/article/view/313369 |
| work_keys_str_mv | AT musíjroman analysisoftemperaturedistributioninatwolayercompositecylindricalshellduetoconvectiveheatexchangeonitsoutersurface AT klapčukmiroslava analysisoftemperaturedistributioninatwolayercompositecylindricalshellduetoconvectiveheatexchangeonitsoutersurface AT nazarukoleksandr analysisoftemperaturedistributioninatwolayercompositecylindricalshellduetoconvectiveheatexchangeonitsoutersurface AT svídrakínga analysisoftemperaturedistributioninatwolayercompositecylindricalshellduetoconvectiveheatexchangeonitsoutersurface AT šindervalentin analysisoftemperaturedistributioninatwolayercompositecylindricalshellduetoconvectiveheatexchangeonitsoutersurface AT musíjroman analízrozpodílutemperaturiudvošarovíjkompozitníjcilíndričníjoboloncízumovlenoíkonvektivnimteploobmínomnaíízovníšníjpoverhní AT klapčukmiroslava analízrozpodílutemperaturiudvošarovíjkompozitníjcilíndričníjoboloncízumovlenoíkonvektivnimteploobmínomnaíízovníšníjpoverhní AT nazarukoleksandr analízrozpodílutemperaturiudvošarovíjkompozitníjcilíndričníjoboloncízumovlenoíkonvektivnimteploobmínomnaíízovníšníjpoverhní AT svídrakínga analízrozpodílutemperaturiudvošarovíjkompozitníjcilíndričníjoboloncízumovlenoíkonvektivnimteploobmínomnaíízovníšníjpoverhní AT šindervalentin analízrozpodílutemperaturiudvošarovíjkompozitníjcilíndričníjoboloncízumovlenoíkonvektivnimteploobmínomnaíízovníšníjpoverhní |