数学 偏微分方程

热传导

偏微分方程中关于「热传导」的课程笔记。

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热传导 #

定义

ut−a2Δu=0u_t-a^2\Delta u=0

推导 #

能量守恒定律

u(x,y,z,t)u(x,y,z,t) 表示温度, v⃗=−k∇u\vec{v}=-k\nabla u.

∫Dcρu(x,y,z,t+δt)dxdydz−∫Dcρu(x,y,z,t)dxdydz=−∫tt+δt∫∂Dv⃗⋅n⃗dsdt\int_D c\rho u(x,y,z,t+\delta t)\text{d} x\text{d} y\text{d} z-\int_D c\rho u(x,y,z,t)\text{d} x\text{d} y\text{d} z=-\int_{t}^{t+\delta t}\int_{\partial D}\vec{v}\cdot\vec{n}\text{d} s \text{d} t ⇒∫D∫tt+δtcρutdtdxdydz=∫tt+δt∫∂Dk∇u⋅n⃗dsdt\Rightarrow \int_D\int_t^{t+\delta t} c\rho u_t\text{d} t \text{d} x\text{d} y \text{d} z=\int_t^{t+\delta t}\int_{\partial D}k \nabla u \cdot \vec{n}\text{d} s\text{d} t

由连续性和作业可知.

∫Dcρutdtdxdydz=∫∂Dk∇u⋅n⃗dsdt=Gauss\int_D c\rho u_t\text{d} t\text{d} x\text{d} y\text{d} z=\int_{\partial D}k\nabla u\cdot \vec{n}\text{d} s\text{d} t\overunderset{Gauss}{}{=}

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