New Analytical Solutions of Mathematical Models of Heat Shock of Local Non-Equilibrium Heat Transfer

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The article is devoted to practically new model representations of locally nonequilibrium heat transfer in terms of nonstationary heat conduction for hyperbolic type equations (wave equations), as well as dynamic models of heat shock based on wave equations. The results presented in the article practically open up an independent scientific direction in analytical thermal physics and in the theory of thermal shock, namely: the study of the thermal response of solids of a canonical form of finite sizes to intense heating and cooling under conditions of a locally nonequilibrium heat transfer process. This direction required the development of a special apparatus of operational calculus due to the appearance in analytical solutions of model problems in the image space according to Laplace of non-standard operational images, the originals of which are unknown and are not available in reference books on operational calculus. The presented images are typical for operational solutions of a wide class of generalized boundary value problems for equations of hyperbolic type in the theory of heat conduction, diffusion, hydrodynamics, vibrations, propagation of electricity, thermomechanics and other areas of science and technology. Illustrative examples of analytical solutions of specific model problems of locally nonequilibrium heat transfer and the theory of thermal shock for a finite region are given in both classical and generalized formulations (the latter taking into account the finite rate of heat propagation). The characteristic features of functional structures as analytical solutions of the considered mathematical models are revealed.

About the authors

E. M. Kartashov

MIREA – Russian Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies
named after M.V. Lomonosov); Moscow Aviation Institute (National Research University)

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

S. S. Krylov

Moscow Aviation Institute (National Research University)

Author for correspondence.
Email: compgra@yandex.ru
Russia, Moscow

References

  1. Карташов Э.М. Новые операционные соотношения для математических моделей локально-неравновесного теплообмена // Российский технологический журнал. 2022. 10(1). С. 7–18.
  2. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М. Высшая школа. 2001. 540 с.
  3. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. М.: URSS. 2012. 1080 с.
  4. Лыков А.В. Теория теплопроводности.М.: Высшая школа. 1967. 600 с.
  5. Зарубин В.С. Инженерные методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат.1983. 328 с.
  6. Формалев В.Ф. Уравнения математической физики. М.: URAA. 2021. 648 с.
  7. Кудинов И.В., Кудинов И.А. Математическая модель локально-неравновесного теплопереноса с учетом пространственно-временной нелокальности // Инженерно-физич. журнал. 2015. 88(2), 393–408.
  8. Herwiq H., Beckert K. Experimental evidence about controversy concerninq Fourier or non-Fourier heat conduction in materials with nonhomoqeneus inner structure// Heat and Mass Transfer. 2000. V. 36. P. 387.
  9. Mitra K., Kumar S., Vedavars A., Mjallemi M.K. Experimental evidence of hyperbolic heat conduction in processed meat // Heat Transfer, Trans. ASME. V. 117. № 3. P. 568.
  10. Кирсанов Ю.А., Кирсанов А.Ю. Об измерении времени тепловой релаксации твердого тела // Изв. РАН. Энергетика. 2015. № 1. С. 113.
  11. Maxwell J.C. On the dynamical theory of qases // Phil. Trans. of the Royal Soc. of London. 1967. V. 157. Part. 1. P. 49.
  12. Лыков А.В. Теплопроводность и диффузия в производстве кожи, заменителей и других материалов. М.: Гизлегпром. 1941. 196 с.
  13. Cattaneo C. Sulla Conduzione de Calore //Atti del Seminaro Matematiko c Fisico dell. Universita di Modena. 1948. V. 3. P. 83.
  14. Vernotte P. Les paradoxes de la theorie continue de I' equation de la chaleur // Compte Rendus. Acad. Sci. Paris. 1958. V. 246. № 22. P. 3154.
  15. Карташов Э.М. Аналитические решения гиперболических моделей теплопроводности.// Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87. № 5. С. 1072.
  16. Фок И.А. Решение задачи теории диффузии методом конечных разностей и приложение его к диффузии света. М.: Труды государственного оптического института. 1926. 4(34). 32 с.
  17. Давыдов Б.И. Диффузионное уравнение с учетом молекулярной скорости. ДАН СССР. 1935. 2. 474–475.
  18. Предводителев А.С. Учение о теплоте и римановы многообразия. В кн. Проблемы тепло- и массопереноса. М.: Энергия. 1970. С. 151–192.
  19. Демирчан К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М.: Высшая школа. 1983, 335 с.
  20. Диткин В.А., Прудников А.П. Справочние по операционному исчислению. М.: Высшая школа. 1966. 446 с.
  21. Карташов Э.М. Кудинов В.А. Аналитическая теория теплопроводности и прикладной термоупругости. М.: URSS. 2012. 651 с.
  22. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Математические модели термомеханики. М.: Физматлит. 2002. 168 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (90KB)
3.

Download (143KB)

Copyright (c) 2023 Российская академия наук