§ 3. Установившаяся, периодически изменяющаяся температура в круговых цилиндрах [19—22]
Как и в § 7 гл. III, ищем решения с периодом
содержащие временной множитель
(напомним, что на этот множитель нужно умножить все выражения для температур и потоков и что мы условились всюду пропускать его). Тогда соотношение (1.3) данной главы принимает вид
Общее его решение записывается следующим образом (ср. соотношение (6) приложения 3):
где
Поток
определяется уравнением
Функции Бесселя мнимого аргумента в соотношениях (3.2) и (3.4) выражаются при помощи табулированных функций
которые определяются соотношениями (ср. [23])
причем их числовые значения для любых значений
можно считать известными.
Предположим теперь, что
величины температуры и теплового потока на поверхности
соответствующие величины на поверхности
Решая затем (3.2) и (3.4) при
получим зависимость
от величин
Подставляя найденные значения
в (3.2) и (3.4) при
получим зависимость
от величин
в виде
где
Для упрощения выкладок используется соотношение (22) приложения 3. Приведенная выше запись в виде матриц была рассмотрена в § 7 гл. III. Из соотношения
(3.12) следует, что
можно выразить через
в виде
Так же, как и в § 7 гл. III, искомые решения для составных цилиндрических областей можно непосредственно получить, перемножая соответствующие матрицы. Например, если область
состоит из вещества, характеризуемого величинами
определяемыми из
область
из другого вещества, характеризуемого величинами
и если между этими двумя веществами вдоль поверхности
термическое сопротивление на единицу площади равно
то
Как отмечалось в § 7 гл. III, общие выражения быстро становятся слишком сложными, но для любых заданных условий можно найти из таблиц численные значения
и выполнить умножение квадратных матриц в соотношении (3.14) или эквивалентных им матриц. Граничные условия на внутренней и внешней поверхностях исследуемого тела позволяют получить два дополнительных соотношения для температур и тепловых потоков на этих поверхностях и, следовательно, мы можем определить все четыре величины.
Для области
мы должны иметь
в (3.2), так как
при
Отсюда следует, что при
Для неограниченной области
в соотношении (3.2)
должно равняться нулю, так как
при
Следовательно, в данном случае при
можем написать