§ 7. Шар. Радиальный поток тепла
Фундаментальными решениями для радиального теплового потока в сферических областях служат решения для единичного мгновенного шарового поверхностного источника радиусом действующего в момент времени Решение для источника, действующего в неограниченной среде, имеет вид (см. (3.6) гл. X)
и, следовательно,
Как и ранее, мы ищем решение в виде
где решение уравнения теплопроводности
кроме того, должно обращаться в нуль при и должно иметь такое значение, чтобы удовлетворяло граничным условиям.
I. Шар с температурой поверхности, равной нулю. В момент на поверхности действует единичный поверхностный сферический мгновенный источник.
Здесь должно удовлетворять вспомогательному уравнению
и иметь при конечное значение. Таким образом, мы должны иметь
где А определяется из условия, что при т. е. что
Используя это значение А, получим
Если то в этом соотношении следует поменять местами.
Используя обычным путем теорему обращения, найдем
Принимая, что на сфере действует источник мощностью и интегрируя по от до а, получим для температуры в шаре с начальной температурой и нулевой температурой поверхности величину, равную
Решение для случая, когда температура поверхности равна получается таким же путем, как и в § 1 данной главы.
Вместе с тем, разлагая выражение (7.6) в ряд по отрицательным степеням показательных функций, находим решение
приводящее к решению (3.21) гл. IX для температуры в шаре с начальной температурой Шар поверхности которого происходит теплообмен со средой нулевой температуры. В момент времени на поверхности действует единичный мгновенный поверхностный сферический источник.
В данном случае
где положительные корни уравнения
III. Шаровая оболочка В момент времени на поверхности действует единичный мгновенный поверхностный сферический источник. Граничные условия имеют вид
где положительные величины или нули.
В данном случае
где
положительные корни уравнения
Если то к правой части решения (7.13) следует добавить член
IV. Область ограничена изнутри шаровой поверхностью В момент на поверхности действует единичный мгновенный поверхностный сферический источник. Граничное условие на поверхности имеет вид
где
В данном случае