Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ

Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ. he method of integral transformations builds the exact analytical solution of stationary task of heat conductivity for the limited multi-...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
Дата:2008
Автори: Громик, А.П., Конет, І.М.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2008
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859687547296284672
author Громик, А.П.
Конет, І.М.
author_facet Громик, А.П.
Конет, І.М.
citation_txt Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
description Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ. he method of integral transformations builds the exact analytical solution of stationary task of heat conductivity for the limited multi-layer space areas.
first_indexed 2025-11-30T22:49:14Z
format Article
fulltext Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 71 компактнозначного відображення множинами однозначних відображень // Доп. НАН України. – 2005. – №6. – С.19-23. 12. Гудима У. В., Гнатюк Ю. В., Гнатюк В. О. Про єдиність екстремального елемента та чебишовський альтернанс для задачі найкращої рівномірної апроксимації неперервного компактнозначного відображення // Пробле- ми теорії наближення функцій та суміжні питання: Зб. наук. праць Ін-ту математики НАН України. – Київ, 2005. – Т.2. – №2. – С.106-116. In article we established the necessary and sufficient conditions and criteria of the element of the best uniform rational approximation of con- tinuous compact-valued map. Key words: the best uniform rational approximation, the compact-va- lued maps, the criteria of extreme element. Отримано: 05.06.2008 УДК 539.3 А. П. Громик1, І. М. Конет2 1Подільський державний аграрно-технічний університет, м. Кам’янець-Подільський 2Кам’янець-Подільський національний університет ІНТЕГРАЛЬНІ ЗОБРАЖЕННЯ РОЗВ’ЯЗКІВ СТАЦІОНАРНИХ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ДЛЯ ОБМЕЖЕНИХ КУСКОВО- ОДНОРІДНИХ ПРОСТОРОВИХ СЕРЕДОВИЩ Методом інтегральних перетворень побудовано точні ана- літичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ. Ключові слова: диференціальне рівняння Пуассона, інте- гральні перетворення, фундаментальні розв’язки. Вступ. Стаціонарні крайові задачі феноменологічної теорії теп- лопровідності для багатошарових (кусково-однорідних) середовищ становлять значний теоретичний та практичний інтерес [5, 7, 14, 15]. Питанням побудови методом інтегральних перетворень точних аналі- тичних розв’язків згаданих задач у декартовій, сферичній та цилінд- ричній системах координат присвячені монографії [12, 8, 9, 10]. Ста- ціонарні температурні поля в необмежених двоскладових та триша- рових просторових середовищах побудовано в працях [2, 3, 4, 11]. У цій статті ми пропонуємо інтегральні зображення точних аналітичних розв’язків алгоритмічного характеру стаціонарних задач теплопрові- дності для обмежених кусково-однорідних за декартовою координа- тою просторових середовищ. © А. П. Громик, І. М. Конет, 2008 Математичне та комп’ютерне моделювання 72 Постановка задачі. Задача про структуру стаціонарного темпе- ратурного поля в ортотропному обмеженому (n + 1)-шаровому прос- торовому середовищі математично зводиться до побудови обмежено- го на множині { }∪∪ 1 1 1101 1 1 23 ;;0);;( ;;;),(),,( + = ++− + = + ∞<≡<≥≡=∈ ×=Ω∈=Ω n j nkkjj n j jn lllllllIKz dcbayxzyx розв’язку сепаратної системи диференціальних рівнянь Пуассона [6, 17] 1,1;);,,(2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 +=∈−=−         ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyxfTT z a y a x a jjjjjzjyjxj χ (1) з крайовими умовами ),(),,( 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 yxgT z yxgT z l lz n nn lz =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = βαβα , (2) умовами неідеального теплового контакту [1]        ==      ∂ ∂ − ∂ ∂ =      −      + ∂ ∂ = + + = + ,,1,0 ,01 1 1 1 nk z T z T TT z R k k lz k k k k lz kkk νν (3) та відповідними крайовими умовами на межі області 2Ω , де axj, ayj, azj ≥ 0 – коефіцієнти температуропровідності у напрямках координат- них осей ( );1,1,, += njzyx 02 ≥jχ – коефіцієнти дисипації теплової енергії; { }),,(),...,,,(),,( 11 zyxfzyxfzyxf n+= – інтенсивність теплових джерел; 1 22 1 22 0 11 0 11 ,;, ++ nn βαβα – деякі дійсні сталі; ( ),,0 yxg ( )yxgl , – задані обмежені неперервні функції в області ;2Ω 0≥kR – коефіціє- нти термоопору; 0, 1 ≥+kk νν – коефіцієнти теплопровідності; ( ) ( ) ( ){ }zyxTzyxTzyxT n ,,,...,,,,, 11 += – шукана температура. Основні результати. 1. Ω2 = (0; +∞) × (0; +∞). У цьому випадку вважаємо, що на межі області 2Ω виконуються крайові умови 1,0;0);,( 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k x T zyTp x x k j k jxj ω (4) щодо змінної x та крайові умови Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 73 1,0;0);,( 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k y T zxgTh y y k j k jyj (5) щодо змінної y , де 0≥p – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=x =);( zyjω ),,( zypT c j ),( zyT c j – температура середовища на поверхні ;0=x 0≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=y =);( zxg j ),(),,( zxTzxhT c j c j – температура середовища на по- верхні .0=y Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(5) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовій півосі щодо змінної x [16, 13]: [ ] ),(~),()()( 0 σσ gdxxKxgxgF xx ≡= ∫ +∞ + (6) [ ] ),(),()(~)(~ 0 1 xgdxKggF xx ≡= ∫ +∞ − + σσσσ (7) ,),0()(~ 0 2 2 2 = +       +−+−=         x xx pg dx dgKg dx gdF σσσ (8) де ядро перетворення .)sin()cos(2),( 22 p xpxxK x + + = σ σσσ π σ Інтегральний оператор xF+ за правилом (6) внаслідок тотожнос- ті (8) крайовій задачі (1)-(5) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині { }+∈+∞∈=Ω′ nKzyzy );;0(),(3 розв’язку се- паратної системи диференціальних рівнянь ( ) ( ) 1,1;;,,~ ~~ 222 2 2 2 2 2 2 +=∈−= =+−         ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyF TaT z a y a jj jjxjjzjyj σ χσ (9) з крайовими умовами ),,(~),,(~ 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 ygT z ygT z l lz n nn lz σβασβα =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = (10) Математичне та комп’ютерне моделювання 74 1,0;0 ~ );,(~~ 0 == ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − +∞= = k y T zgTh y y k j k jyj σ (11) та умовами спряження         ==        ∂ ∂ − ∂ ∂ =      −      + ∂ ∂ = + + = + ,,1,0 ~~ ,0~~1 1 1 1 nk z T z T TT z R k k lz k k k k lz kkk νν (12) де ( ) ( ) .1,1);,(),0(,, ~ ,,~ 2 +=+= njzyKazyfzyF jxyjjj ωσσσ До задачі (9)-(12) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовій півосі щодо змінної y [16, 13]: [ ] ),(~),()()( 0 sgdysyKygygF yy ≡= ∫ +∞ + (13) [ ] ),(),()(~)(~ 0 1 ygdssyKsgsgF yy ≡= ∫ +∞ − + (14) ,),0()(~ 0 2 2 2 = +       ++−=         y yy hg dy dgsKsgs dy gdF (15) де ядро перетворення .)sin()cos(2),( 22 hs syhsyssyK y + + = π Інтегральний оператор yF+ за правилом (13) внаслідок тотожнос- ті (15) крайовій задачі (9)-(12) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рівнянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами ( ) ( ) 1,1;;,, ~~ ),,( ~~22222 2 2 2 +=∈−= =         ++− njIzzsG zsTsaa dz da jj jjyjxjzj σ σχσ (16) з крайовими умовами ),,( ~~~~),,( ~~~~ 1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 sgT dz dsgT dz d l lz n nn lz σβασβα =      +=      + = + ++ = (17) Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 75 та умовами спряження         ==        − =      −      + = + + = + ,,1,0 ~~ ,0 ~~~~1 1 1 1 nk dz Td dz Td TT dz dR k k lz k k k k lz kkk νν (18) де ( ) ( ) .1,1);,(~),0(,,~,, ~~ 2 +=+= njzgsKazsFzsG jyyjjj σσσ До задачі (16)-(18) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті ],[ 0 ll з n точками спряження [12]: ∫ ≡= l l jjjn gdzzzVzgzgF 0 ,)(),()()]([ σλ (19) ),( ),( ),( ][ 1 2 1 zg zV zV ggF j j j jjjn ≡= ∑ ∞ = − λ λ (20) ∑ ∫∑ + = + = − − −−=≡         −− 1 1 2 2 2 2 2 21 1 1 2 1 ),()()( n i l l jjiiiii n i iijn i i gdzzV dz gda dz gdzllzaF λσλθθ ++−− = − + = ∫∑ − 0 1 ))(,()(),()( 0 11 0 1101 10 11 2 11 1 1 2 lziiii l l n i i g dz dglVadzzVzgk i i βαλασσλ .))(,()( 1 22 1 221 11 22 2 11 lz nn i n nn g dz dglVna = ++−+ ++ +++ βαλασ (21) У рівностях (19)-(21) беруть участь величини і функції: );()()();()(),(),( 1 1 1 1 1 1 zllzzzllzzVzV ii n i iii n i jij −−=−−= − + = − + = ∑∑ θθσσθθλλ ;),()(),(),( 1 1 222 10 dzzVdzzzVzV i n i l l ji l l jj i i σλσλλ ∑ ∫∫ + = − == ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]∏ = −−+ −= n mi mjjmmjjmnijm zqzqqczV sincos, 1,12,112 λωλωλ ; ;,1 nm = ( ) ( ) ( ) ( ) ( )zqzqzV jnjnjnjnjn ,11,121 sincos, +++ −= λωλωλ ; ;;1 1 21 k k kk cc ν ν +== Математичне та комп’ютерне моделювання 76 ( ) ;1;;; 1 12 1 1 2 1 112/1221 + + + + = + +−− ===≡+= ∏ n n nn nn n n ki ki ni kssjssj aa a a absjakaq σ ν ν σ ν ν σλ ( ) ( ) ( )ksjksjsjkksj k lqlqqRlq cossin1 11 +−=ν ; ( ) ( );sin11 12 ksjsj k k ksj k lqqlq ν ν ν +−= ( ) ( ) ( ) ( );cos;sin 11 22 1 21 ksjsj k k ksj k ksjsjksj k lqqlqlqqlq ν ν νν +=−= ( ) ( ) ( ) ( ) ( );cos;sincos 2 12 2 11 ksjksj k ksjksjsjkksj k lqlqlqlqqRlq =+= νν ( ) ( ) ( ) ( );sin;cos 2 22 2 21 ksjksj k ksjsjksj k lqlqlqqlq == νν ( ) ( ) ( ) ( ) ( );,,,,, ,11221,122111 kjk km kkj ks kjk km kkj ks kkkkj k sm lqlqlqlqlqlq +++ −= ννννδ ( ) ( ) ( ) ( );; 01 02 110201 01 1101 lqlq jjjj νλωνλω −== ( ) ( ) ( ) ( ) ( );,, ,121,1,112,1 sjsssj s mjssjkssj s mjsjsm lqlqlqlq +−+− −= δλωδλωλω jλ – корені трансцендентного рівняння ( )( ) ( )( ) ,0)()()( 21 1,1 2211 2,1 22 =−≡∆ + + + + λλλλλ nn n nn n n wlqvwlqv що утворюють дискретний спектр, )(xθ – одинична функція Геві- сайда. Запишемо систему диференціальних рівнянь (16) у матричній формі , ),,( ~~ .............. ),,( ~~ ),,( ~~ ),,( ~~),( ........................................... ),,( ~~),( ),,( ~~),( 2 1 1 2 12 2 2 1 2 2 22 2 2 2 1 2 12 2 2 1               =                               −         −         − +++ zsG zsG zsG zsTsq dz da zsTsq dz da zsTsq dz da n nnn σ σ σ σσ σσ σσ (22) де ( ) .1,1;;, 22222222 +=≡++= njaasaasq zjjjyjxjj χσσ Інтегральний оператор jnF , який діє за правилом (19), зобрази- мо у вигляді операторної матриці-рядка         = ++∫∫∫ dzzVdzzVdzzVF n l l jn l l j l l jjn n 112211 ),(...),(...),(...[...] 2 1 1 0 σλσλσλ (23) Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 77 і застосуємо за правилом множення матриць до системи (22). Внаслі- док тотожності (21) одержуємо алгебраїчне рівняння ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ),,( ~~,),( ~~, ),( ~~ ),( ~~),( 1 11 22 2 11001 10 11 2 11 1 1 1 1 222 sglVasglVa sGsTsqk ljn n nnj n i n i ijijiij σλασσλασ σσσλ + −+ ++ − + = + = +− −=++∑ ∑ (24) де .),(),,( ~~),( ~~;),(),,( ~~),( ~~ 11 dzzVzsGsGdzzVzsTsT iji l l iijiji l l iij i i i i σλσσσλσσ ∫∫ −− == Припустимо, не зменшуючи загальності, що { } ,,...,max 2 1 2 1 2 1 qqq n =+ і покладемо всюди ).1,1(22 1 2 +=−= niqqk ii Рівняння (24) набуває ви- гляду ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ),,( ~~,),( ~~, ),( ~~),( ~~ 1 11 22 2 11001 10 11 2 11 2 1 22 1 22 1 2 sglVasglVa sGsTsaa ljn n nnj jjyxj σλασσλασ σσχσλ + −+ ++ − +− −=+++ (25) де .),( ~~),( ~~,),( ~~),( ~~ 1 1 1 1 ∑∑ + = + = == n i ijj n i ijj sGsGsTsT σσσσ Із рівняння (25) знаходимо функцію ( ) ( ). ),( ~~),( ),( ~~),(),( ~~ ),( ~~ 2 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 2 1 22 1 22 1 2 χσλα σλσ χσλα σλσ χσλ σ σ +++ + + +++ − +++ = + +++ saa sglVa saa sglVa saa sG sT yxj n ljnnn yxj j yxj j j (26) Оскільки суперпозиція операторів jnF та 1− jnF є одиничним опе- ратором, то оператор 1− jnF зобразимо у вигляді операторної матриці- стовпця . ),( ),( ... ..................... ),( ),( ... [...] 1 2 1 1 2 1 1                   = ∑ ∑ ∞ = + ∞ = − j j jn j j j jn zV zV zV zV F λ λ λ λ (27) Математичне та комп’ютерне моделювання 78 За правилом множення матриць застосуємо операторну матри- цю-стовпець (27) до матриці-елемента ( )    sT j , ~~ σ , де функція ( )sT j , ~~ σ визначена формулою (26). Одержуємо єдиний обмежений розв’язок задачі (16)-(18): ( ) ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 ),( ~~),(),( ~~ ,, ~~ χσλα σλσ χσλ σ σ saa sglVa saa sG zsT yxj j j yxj j i ( ) .1,1; ),( ),(),( ~~),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV saa sglVa i ji yxj n ljnnn λ λ χσλα σλσ (28) Застосувавши послідовно до функцій ),,,( ~~ zsTi σ визначених фо- рмулами (28), обернені оператори 1− + yF та 1− +xF одержуємо функції += ∑ + = 1 1 ),,(),,,,,(),,( n k kkiki dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ ∫ ∫∫ ∫ +∞+∞+∞+∞ +++ 0 0 2 0 0 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( ηξηξηξηξηξηξ ddgzyxWddgzyxW lii ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζησηξωζη ddzyxWa kk n k l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 0 2 1 ,1,1;),(),,,,( 1 1 0 2 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (29) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (29) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ,1,1,; ),(),(),(),( ),( ),(),(),,,,,( 2 1 22 1 22 1 2 1 0 0 2 += +++ × ×= ∑ ∫ ∫ ∞ = +∞+∞ nkidsd saa sKsyKKxK zV VzVzyxE yxj yyxx j j ikii ik σ χσλ ησξσ λ λζλζηξ (30) нижньої аплікатної матриці Гріна ),,,,,,()(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ −−= (31) верхньої аплікатної матриці Гріна Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 79 ),,,,,,()(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (32) абсцисної матриці Гріна ),,,,,0,(),,,,( ζηζη zyxEzyxW ikxik = (33) ординатної матриці Гріна ),,0,,,(),,,,( ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (34) еліптичної крайової задачі (1)-(5). Зауваження 1. У випадку 02222 ≥≡== jzjyjxj aaaa формули (29) визначають структуру стаціонарного температурного поля в ізотроп- ному обмеженому )1( +n -шаровому просторовому середовищі. Зауваження 2. Якщо деякі з коефіцієнтів термоопору kR дорів- нюють нулю, то безпосередньо з формул (29) одержуємо структуру стаціонарного температурного поля у випадку здійснення на відпові- дних площинах klz = ідеального теплового контакту. Зауваження 3. При ),1(0 nkRk == безпосередньо з формул (29) одержуємо структуру стаціонарного температурного поля у випадках здійснення на всіх площинах klz = ідеального теплового контакту. Зауваження 4. Параметри 1 22 1 22 0 11 0 11 ,;, ++ nn βαβα дають можливість виділяти із формул (29) розв’язки крайових задач у випадках задання на поверхнях lzlz == ,0 крайової умови 1-го роду ( ,1,0 0 11 0 11 == βα ( ) ( ) ( ) ( )),,,,1,0;,, 1 22 1 22 1 220 0 110 yxgyxgyxgyxg l n l nn ′===′= +++ αβαα 2-го роду ( )0,1,1,1 1 22 1 22 0 11 0 11 ===−= ++ nn βαβα й 3-го роду ( ,10 11 −=α )0,1,0 2 1 22 1 221 0 11 >≡=>≡ ++ hh nn βαβ та їх можливих комбінацій. Зауваження 5. Параметри p, h дають можливість виділяти із фо- рмул (29) розв’язки крайових задач у випадках задання на поверхнях x = 0, y = 0 крайових умов 1-го й 2-го роду та їх можливих комбінацій. Зауваження 6. Аналіз розв’язку (29) в залежності від аналітич- ного виразу функцій ),1,1)(,(),,(),,,( += njzxgzyzyxf jjj ω ),(0 yxg та ),( yxgl проводиться безпосередньо. 2. Ω2 = (0; +∞) × (0; b). У цьому випадку вважаємо, що на межі області Ω2 виконуються крайові умови (4) щодо змінної x та крайові умови 1,1);,();,( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzxgTh y zxgTh y jbyjjyj (35) Математичне та комп’ютерне моделювання 80 щодо змінної y , де 01 ≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=y ),(),,();( 11 11 zxTzxThzxg c j c jj = – температура середовища на поверхні ;0=y 02 ≥h – коефіцієнт теплообміну через поверхню ;by = ),(),,();( 22 22 zxTzxThzxg c j c jj = – температура середовища на поверхні by = . Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(4), (35) застосуємо інтегральне перетворення Фу- р’є на декартовій півосі щодо змінної x. Інтегральний оператор xF+ за правилом (6) внаслідок тотожності (8) крайовій задачі (1)-(4), (35) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині { }nKzbyzy ∈∈=Ω′ );;0(),(3 розв’язку сепаратної системи диферен- ціальних рівнянь (9) з крайовими умовами (10), крайовими умовами 1,1),,(~~ ),,(~~ 212 1 0 1 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − = + = njzgTh y zgTh y j by n j y j σ σ (36) та умовами спряження (12). До задачі (9), (10), (36), (12) застосуємо інтегральне перетворен- ня Фур’є на декартовому сегменті [ ]b;0 щодо змінної y [16, 13]: [ ] ,)()()( 0 k b kyk gdyyvygyg ≡=Λ ∫ (37) [ ] ),()( 1 2 1 yg v yvgg k k k kkyk ≡=Λ ∑ ∞ = − (38) ,)()0( 2 0 1 2 2 2 by k y kkkyk gh dy dgbvgh dy dgvg dy gd ==       ++      +−+−=         Λ γ (39) де ядро перетворення , )sin()cos( )( 2 1 2 1 h yhy yv k kkk k + + = γ γγγ ( )( ) ( )( )2 2 22 1 2 21 2 21 0 22 2 )( hh hhhhbdyyvv kk k b kk ++ ++ +=≡ ∫ γγ γ , Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 81 { }∞ =1kkγ – монотонно зростаюча послідовність дійсних різних додат- них коренів трансцендентного рівняння ( ) ,)( 21 21 2 hh hhbctg + − = γ γγ які утворюють дискретний спектр. Інтегральний оператор ykΛ за правилом (37) внаслідок тотож- ності (39) крайовій задачі (9), (10), (36), (12) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рівнянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами ( ) 1,1;);,(~ ),(~22222 2 2 2 +=∈−= =         ++− njIzzF zTaa dz da jjk jkjkyjxjzj σ σχγσ (40) з крайовими умовами )(~),(~ ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 σβασβα lk lz kn nn k lz k gT z gT z =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = (41) та умовами спряження          ==         − =      −      + = + + = + ,,1,0 ~~ ,0 ~~ 1 ,1 1 ,1 np dz Td dz Td TT dz dR p p lz kp p pk p lz kppkp νν (42) де ++= )(),0(),( ~ ),(~ 2 zKazfzF jkxxjjkjk ωσσσ ).,(~)(),(~)0( 2 2 1 2 zgbvazgva jxyjjxyj σσ ++ З точністю до позначень крайова задача на спряження (40)-(42) співпадає із задачею (16)-(18). Отже, відповідно до формул (28), єди- ний обмежений розв'язок задачі (40)-(42) визначають функції ( ) ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 )(~),()(~ ,~ χγσλα σλσ χγσλ σ σ kyxj kj j kyxj kj ik aa glVa aa F zT ( ) .1,1; ),( ),()(~),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV aa glVa j ji kyxj n lkjnnn λ λ χγσλα σλσ (43) Математичне та комп’ютерне моделювання 82 Застосувавши послідовно до функцій ),(~ zTik σ , визначених фо- рмулами (43), обернені оператори 1−Λ yk та 1− +xF одержуємо функції ∑ ∫∫ ∫ + = +∞ − += 1 1 0 0 1 ),,(),,,,,(),,( n k b l l kkiki k k dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ [ ]∫ ∫ +∞ +++ 0 0 2 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( b lii ddgzyxWgzyxW ηξηξηξηξηξ ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 0 2 1 ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζξσζξζξ ddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 12 1 ,1,1;),(),,,,( 2 1 1 0 22 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (44) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (44) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ( ) ,1,1,;)()(),(),( ),( ),(),( ),,,,,( 22 1 22 1 22 1 2 1 1 0 2 += +++ × ×= ∑∑ ∫ ∞ = ∞ = +∞ nkid vaa vyvKxK zV VzV zyxE rryxj rrxx j r i jkii ik σ χγσλ ησξσ λ λζλ ζηξ (45) нижньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ − −= (46) верхньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (47) абсцисної матриці Гріна ),,,,0,(),,,,( ζηζη zyxEzyxW ikxik = , (48) лівої ординатної матриці Гріна ),,,0,,,(),,,,(1 ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (49) правої ординатної матриці Гріна Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 83 ),,,,,(),,,,(2 ζξζξ zbyxEzyxW ikyik = (50) еліптичної крайової задачі (1)-(4), (35). Зазначимо, що: 1) зауваження 1-4 поширюються на випадок роз- глянутої температурної задачі; 2) параметри )2,1(, =jhp j дають мо- жливість виділяти із формул (44) розв’язки крайових задач у випад- ках задання на поверхнях byyx === ,0,0 крайових умов 1-го роду й 2-го роду та їх можливих комбінацій; 3) аналіз розв’язку (44) в за- лежності від аналітичного виразу функцій ),,,( zyxf j ),,( zyjω ),,(1 zxg j ),(2 zxg j ),(),1,1( 0 yxgnj += та ),( yxgl проводиться без- посередньо. 3. Ω2 = (0; a) × (0; b). У цьому випадку вважаємо, що на межі області 2Ω виконуються крайові умови 1,1);,();,( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzyTp x zyTp x jaxjjxj ωω (51) щодо змінної x та крайові умови (35) щодо змінної y, де 01 ≥p – ко- ефіцієнт теплообміну через поверхню ;0=x ),,();( 1 11 zyTpzy c jj =ω ),(1 zyT c j – температура середовища на поверхні ;0=x 02 ≥p – кое- фіцієнт теплообміну через поверхню ;ax = ),,();( 2 22 zyTpzy c jj =ω ),(2 zyT c j – температура середовища на поверхні ax = . Припустимо, що задані й шукані функції задовольняють умови застосовності залучених нижче інтегральних перетворень [16, 13, 12]. До задачі (1)-(3), (51), (35) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті [0; a] щодо змінної x [16, 13]: [ ] ,)()()( 0 m a mxm gdxxwxgxgL ≡= ∫ (52) [ ] ),()( 1 2 1 xg w xwggL m m m mmxm ≡= ∑ ∞ = − (53) ( ) ( ) ,0 2 0 1 2 2 2 ax m x mmmxm gp dx dgawgp dx dgwg dx gdL ==       ++      +−+−=         δ (54) де ядро перетворення , )sin()cos( )( 2 1 2 1 p xpx xw m mmm m + + = δ δδδ Математичне та комп’ютерне моделювання 84 ( )( ) ( )( ) , 2 )( 2 2 22 1 2 21 2 21 0 22 pp ppppadxxww mm m a mm ++ ++ +=≡ ∫ δδ δ { }∞ =1mmδ – монотонно зростаюча послідовність дійсних різних додат- них коренів трансцендентного рівняння , )( )( 21 21 2 pp ppactg + − = δ δδ які утворюють дискретний спектр. Інтегральний оператор xmL за правилом (52) внаслідок тотожно- сті (54) крайовій задачі (1)-(3), (51), (35) ставить у відповідність зада- чу побудови обмеженого на множині { }+∈∈=Ω′ nKzbyzy );;0(),(3 розв’язку сепаратної системи диференціальних рівнянь 1,1;);,()( 222 2 2 2 2 2 2 +=∈−=+−         ∂ ∂ + ∂ ∂ njIzzyFaT z a y a jjmjmxjjmzjyj χδ (55) з крайовими умовами )(),( ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 0 ygT z ygT z lm lz mn nn m lz m =      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ = + ++ = βαβα (56) 1,1);();( 22101 +==      + ∂ ∂ =      + ∂ ∂ − == njzgTh y zgTh y jmbyjmjmyjm (57) та умовами спряження         ==      − =      −      + = + + = + ,,1,0 ,01 ,1 1 ,1 np dz dT dz dT TT dz dR p p lz mp p pm p lz mppmp νν (58) де ++= ),()0(),(),( 1 2 zywazyfzyF jmxjjmjm ω .1,1);,()( 2 2 +=+ njzyawa jmxj ω До задачі (55)-(58) застосуємо інтегральне перетворення Фур’є на декартовому сегменті [ ]b;0 щодо змінної y. Інтегральний оператор ykΛ за правилом (37) внаслідок тотожності (39) крайовій задачі (55)- (58) ставить у відповідність задачу побудови обмеженого на множині + nK розв’язку сепаратної системи звичайних диференціальних рів- нянь 2-го порядку зі сталими коефіцієнтами Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 85 ( ) 1,1;);()(22222 2 2 2 +=∈−=         ++− njIzzFzTaa dz da jjmkjmkjkyjmxjzj χγδ (59) з крайовими умовами lmk lz mkn nn mk lz mk gT dz dgT dz d =      +=      + = + ++ = ,1 1 22 1 2201 0 11 0 11 , 0 βαβα (60) та умовами спряження         ==      − =      −      + = + + = + ,,1,0 ,01 ,1 1 ,1 np dz dT dz dT TT dz dR p p lz mkp p pmk p lz mkppmkp νν (61) де +++= )()()()0()()( 2 2 1 2 zawazwazfzF jkmxjjkmxjjmkjmk ωω ).()()()0( 2 2 1 2 zgbvazgva jmkyjjmkyj ++ З точністю до позначень крайова задача на спряження (59)-(61) співпадає із задачею (40)-(42). Отже, відповідно до формул (43), єди- ний обмежений розв'язок задачі (59)-(61) визначають функції ( ) + +++ −         +++ = ∑ ∞ = 2 1 22 1 22 1 20 11 001 2 11 1 2 1 22 1 22 1 2 ),( )( χγδλα λσ χγδλ kymxj mkj j kymxj mkj imk aa glVa aa F zT ( ) .1,1; ),( ),(),( 22 1 22 1 22 1 21 22 1 2 11 +=         +++ + + +++ ni zV zV aa glVa j ji kymxj n lmkjnnn λ λ χγδλα λσ (62) Застосувавши послідовно до функцій )(zTimk , визначених фор- мулами (62), обернені оператори 1−Λ yk та 1− xmL одержуємо функції ∑∫∫ ∫ + = − += 1 1 0 0 1 ),,(),,,,,(),,( n k a b l l kkiki k k dddfzyxEzyxT ζηξσζηξζηξ [ ]∫ ∫ +++ a b lii ddgzyxWgzyxW 0 0 2 0 1 ),(),,,,(),(),,,,( ηξηξηξηξηξ ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 2 1 Математичне та комп’ютерне моделювання 86 ++ ∑∫ ∫ + = − ζησζηωζη ddzyxWa kk n k b l l xikxi k k ),(),,,,( 2 1 1 0 2 1 ++ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − ζξσζξζξ ddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ),(),,,,( 1 1 1 0 12 1 ,1,1;),(),,,,( 2 1 1 0 22 1 +=+ ∑ ∫ ∫ + = +∞ − niddgzyxWa kk n k l l yikyi k k ζξσζξζξ (63) які описують структуру стаціонарного температурного поля в роз- глянутому середовищі. У формулах (63) беруть участь компоненти: фундаментальної матриці розв’язків ( ) ,1,1,; )()()()( ),( ),(),( ),,,,,( 222 1 22 1 22 1 2 1 1 1 2 += +++ × ×= ∑∑∑ ∞ = ∞ = ∞ = nki vwaa vyvwxw zV VzV zyxE prpyrxj pprr j r p j jkji ik χγδλ ηξ λ λζλ ζηξ (64) нижньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 01 10 111 2 1 1 lzyxEazyxW ii ηξασηξ − −= (65) верхньої аплікатної матриці Гріна ( ) ),,,,,,(),,,,( 1, 11 22 2 11 2 lzyxEazyxW ni n nni ηξασηξ + −+ ++= (66) лівої абсцисної матриці Гріна ),,,,,0,(),,,,(1 ζηζη zyxEzyxW ikxik = (67) компоненти правої абсцисної матриці Гріна ),,,,,,(),,,,(2 ζηζη zyaxEzyxW ikxik = (68) лівої ординатної матриці Гріна ),,,0,,,(),,,,(1 ζξζξ zyxEzyxW ikyik = (69) правої ординатної матриці Гріна ),,,,,(),,,,(2 ζξζξ zbyxEzyxW ikyik = (70) еліптичної крайової задачі (1)-(3), (51), (35). Зазначимо, що: 1) зауваження 1-4 поширюються на випадок роз- глянутої температурної задачі; 2) параметри )2,1(, =jhp jj дають можливість виділяти із формул (63) розв’язки крайових задач у випа- дках задання на поверхнях x = 0, x = a; y = 0, y = b крайових умов 1-го Серія: Фізико-математичні науки. Випуск 1 87 роду й 2-го роду та їх можливих комбінацій; 3) аналіз розв’язку (63) в залежності від аналітичного виразу функцій ),,,( zyxf j ),,(1 zyjω ),,(2 zyjω ),,(1 zxg j ),(2 zxg j , ),(,1,1 0 yxgnj += та ),( yxgl прово- диться безпосередньо. Висновки. При найбільш загальних припущеннях в межах фе- номенологічної теорії теплопровідності побудовано інтегральні зо- браження точних аналітичних розв’язків стаціонарних задач в обме- жених багатошарових просторових середовищах. Одержані розв’язки носять алгоритмічний характер, неперервно залежать від параметрів та даних задачі й можуть бути використані як в теоретичних дослі- дженнях, так і в інженерних розрахунках. Список використаних джерел: 1. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. – М.: Мир, 1964. – 517 с. 2. Громик А. П., Конет І. М. Стаціонарні задачі теплопровідності в необмеже- них двоскладових просторових областях // Крайові задачі для диференціа- льних рівнянь: Зб. наук. пр. – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 13. – С.52-65. 3. Громик А. П., Конет І. М. Крайові задачі теплопровідності в необмеже- них двоскладових просторових областях // Крайові задачі для диференці- альних рівнянь: Зб. наук. пр. – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 14. – С.36-50. 4. Громик А. П., Конет І. М. Крайові задачі теплопровідності в необмеже- них тришарових просторових областях // Наукові праці Кам’янець-Поді- льського державного університету. Збірник за підсумками звітної науко- вої конференції викладачів і аспірантів. Випуск 5. – В 3-х томах. – Кам’я- нець-Подільський: К-ПДУ, 2006. – Т. 1. – С.94-95. 5. Дейнека В. С., Сергиенко И. В., Скопецкий В. В. Модели и методы реше- ния задач с условиями сопряжения. – К.: Наук. думка, 1998. – 614 с. 6. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 448 с. 7. Коляно Ю. М. Методы теплопроводности и термоупругости неоднород- ного тела. – К.: Наук. думка, 1992. – 280 с. 8. Конет І. М. Стаціонарні та нестаціонарні температурні поля в ортотропних сферичних областях. – К.: Ін-т математики НАН України, 1998. – 209 с. 9. Конет І. М., Ленюк М. П. Стаціонарні та нестаціонарні температурні поля в циліндрично-кругових областях. – Чернівці: Прут, 2001. – 312 с. 10. Конет І. М., Ленюк М. П. Температурні поля в кусково-однорідних цилі- ндричних областях. – Чернівці: Прут, 2004. – 276 с. 11. Конет І. М., Ленюк М. П. Крайові задачі теплопровідності в необмежених тришарових просторових областях // Крайові задачі для диференціальних рівнянь: Зб. наук. пр., – Чернівці: Прут, 2006. – Вип. 14. – С.84-96. 12. Ленюк М. П. Температурні поля в плоских кусково-однорідних ортотро- пних областях. – К.: Ін-т математики НАН України, 1997. – 188 с. 13. Ленюк М. П. Интегральные преобразования с разделенными переменны- ми (Фурье, Ханкеля). – К., 1983. – 60 с. – (Препринт / АН УССР. Ин-т ма- тематики; 83.4). Математичне та комп’ютерне моделювання 88 14. Подстригач Я. С., Ломакин В. А., Коляно Ю. М. Термоупругость тел не- однородной структуры. – М.: Наука, 1984. – 368 с. 15. Сергиенко И. В., Скопецкий В. В., Дейнека В. С. Математическое моде- лирование и исследование процессов в неоднородных средах. – К.: Наук. думка, 1991. – 432 с. 16. Снеддон И. Преобразования Фурье. – М.: Из-во иностр. лит., 1956. – 668 с. 17. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1972. – 735 с. The method of integral transformations builds the exact analytical solu- tion of stationary task of heat conductivity for the limited multi-layer space areas. Key words: differential equalization Poisson, integral transforma- tions, fundamental solutions. Отримано: 05.06.2008 УДК 517.5 У. В. Гудима Кам’янець-Подільський національний університет АПРОКСИМАЦІЯ НЕПЕРЕРВНОГО КОМПАКТНОЗНАЧНОГО ВІДОБРАЖЕННЯ ЧЕБИШОВСЬКИМ ПІДПРОСТОРОМ З ДОДАТКОВИМ ОБМЕЖЕННЯМ У статті встановлено теореми характеризації, єдиності екс- тремального елемента, співвідношення двоїстості та привило чебишовського альтернансу для задачі найкращої рівномірної апроксимації компактнозначного відображення чебишовським підпростором з додатковим обмеженням. Ключові слова: компактнозначне відображення, чеби- шовський альтернанс, співвідношення двоїстості. Вступ. У даній статті для задачі найкращої рівномірної апрок- симації компактнозначного відображення чебишовським підпросто- ром з додатковим обмеженням доведено теорему єдиності, теорему характеризації екстремального елемента, встановлено співвідношен- ня двоїстості та правило чебишовського альтернансу. Отримані ре- зультати є узагальненням на випадок задачі відшукання величини (1) відповідних результатів дослідження задачі найкращої рівномірної апроксимації неперервної на компакті функції елементами скінчен- новимірного підпростору, які задовольняють додатковому обмежен- ню (див., наприклад, [1-6]). © У. В. Гудима, 2008
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18568
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn XXXX-0059
language Ukrainian
last_indexed 2025-11-30T22:49:14Z
publishDate 2008
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Громик, А.П.
Конет, І.М.
2011-04-02T22:04:02Z
2011-04-02T22:04:02Z
2008
Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ / А.П. Громик, І.М. Конет // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки: зб. наук. пр. — Кам’янець-Подільський: Кам'янець-Подільськ. нац. ун-т, 2008. — Вип. 1. — С. 71-88. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
XXXX-0059
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568
539.3
Методом інтегральних перетворень побудовано точні аналітичні розв’язки стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ.
he method of integral transformations builds the exact analytical solution of stationary task of heat conductivity for the limited multi-layer space areas.
uk
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Фізико-математичні науки
Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
Article
published earlier
spellingShingle Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
Громик, А.П.
Конет, І.М.
title Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_full Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_fullStr Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_full_unstemmed Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_short Інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
title_sort інтегральні зображення розв’язків стаціонарних задач теплопровідності для обмежених кусково-однорідних просторових середовищ
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18568
work_keys_str_mv AT gromikap íntegralʹnízobražennârozvâzkívstacíonarnihzadačteploprovídnostídlâobmeženihkuskovoodnorídnihprostorovihseredoviŝ
AT konetím íntegralʹnízobražennârozvâzkívstacíonarnihzadačteploprovídnostídlâobmeženihkuskovoodnorídnihprostorovihseredoviŝ