热传导方程及其应用案例开题报告

 2023-02-26 18:40:53

1. 研究目的与意义

热传导是介质与介质内的一种传热现象,是三种传热模式(热传导、对流、辐射)之一,属于物理学中的热量传递以及分布规律这一研究范围。

热传导在工业上应用广泛,例如用于研究传热设备如何设计以及设备内的温度分布情况。随着科学研究的不断深入,偏微分方程成为研究热传导问题的重要工具,根据是否具有边界条件以及其他方面的不同,热传导方程有不同的求解方法,例如在研究过程中涉及到热传导方程初边值问题以及柯西问题。

研究热传导对于解决生活中、物理学科上以及工业生产中的一些迫切需要,具有深远意义。

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2. 研究内容和预期目标

研究内容:

(1) 传热过程的分析以及热传导方程的建立过程。

在导出热传导的过程中,涉及到许多物理规律,例如能量守恒定律以及傅里叶导热定律,也涉及到数学相关原理,例如叠加原理,分离变量法,傅里叶变换、傅里叶积分,齐次化原理等知识。

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3. 国内外研究现状

傅里叶在其著作《热的解析理论》中给出了只涉及一个空间变量的热传导方程,使热的传播理论得到发展。他提出的傅里叶定律是热学中的一个基本定律,它的描述了:在导热现象中,单位时间内通过给定截面的热量,正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。

1784年伽托林给出了普遍的热传导方程,可以用于确定物体的温度分布。随着热力学几大定律的建立以及分子运动论的发展,人们对热量传递有了进一步的认识,逐渐完善了以偏微分方程为工具的热传导方程的求解方法。

4. 计划与进度安排

1.2022年10月-11月选题,并确定指导老师;

2.2022年12月31日前,收集基础资料,阅读相关参考文献,并且完成开题报告;

3.2022年2月25日前确定相关外文文献并完成文献翻译,确定论文大纲;

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5. 参考文献

[1] 丁玉梅.热传导方程初边值问题的解法[J].天津科技大学学报,2006,21(1):84-85.

[2] 金启胜.一维热传导方程定界问题的两种积分变换解法[J].高等数学研究,2012,15(1):26-27.

[3] 孙志忠,偏微分方程数值解法[M].2版.北京:科学出版社,2012

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