S-functions in mathematical modeling of high-speed thermal processes for doubly connected domains

Authors

  • Анатолій Павлович Слесаренко The A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine. 2/10 Dm. Pozharsky St., Kharkiv, 61046, Ukraine, Ukraine
  • Юлія Олегівна Кобринович The A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine. 2/10 Dm. Pozharsky St., Kharkiv, 61046, Ukraine, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.12369

Keywords:

S-functions, mathematical modeling, thermal processes, structural difference model

Abstract

The article presents the approximate continuously differentiable, analytical and regional analytical solutions of the thermal conduction problems for doubly connected domains with piecewise smooth boundary. The use of S-functions eliminated the singular features in the corner points of the boundary.

Based on solutions, using nine- and three-layer difference schemes with respect to time and coordinates, we have built the conservative structural difference mathematical models of the high-speed thermal processes for doubly-connected domains of complex shape. This permits for the first time in the world scientific practice to analyze qualitatively the fine structure of the dynamic processes, including the non-stationary thermal conduction without changing the algorithms for calculating the temperature fields of structural elements when changing the functional dependence in time of the heat exchange coefficient and the ambient temperature. The use of S-functions, in order to take into account the geometrical information in the solution structures of the unsteady thermal conduction problems permits to build the appropriate structures of solution and included to them basic functions by physically adequate fast thermal processes on the surface of the structural elements. The use of the interpolation formula in time for coefficients with the basic functions in the interpolation nodes permits to obtain the approximate analytical solutions of the high-speed thermal processes in analytical form with respect to coordinates and time under intense heat exchange on the surfaces of structural elements

Author Biographies

Анатолій Павлович Слесаренко, The A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine. 2/10 Dm. Pozharsky St., Kharkiv, 61046, Ukraine

Doctor of physical-mathematical sciences, professor, leading researcher, laureate of State Prize of Ukraine.

Юлія Олегівна Кобринович, The A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine. 2/10 Dm. Pozharsky St., Kharkiv, 61046, Ukraine

Post-graduate student

References

  1. Карслоу Г. Теплопроводность твердых тел [Текст] / Г. Карслоу , Д. Эгер - М.: Наука, 1964. - 488 с.
  2. Рвачев, В.Л. Алгебро-логические и проекционные методы в задачах теплообмена [Текст] / В.Л. Рвачев, А.П. Слесаренко – Киев «Наук. думка» 1978. -140 с.
  3. Темников, А.В. Современные приближенные аналитические методы решения задач теплообмена [Текст]: учеб. пособие / А.В. Темников, А.П. Слесаренко - Самара 1991 - 89 с.
  4. Слесаренко, А. П. Развитие алгебрологического метода и его приложения к многомерным нелинейным задача теплопроводности для однородных и композитных сред [Текст] : автореф. дис. …д-ра физ.-мат. наук: 01.04.14, 01.01.02 / А. П. Слесаренко. – М., 1984. – 36 с.
  5. Слесаренко, А. П. S-функции в построении консервативных структур решения геометрических обратных краевых задач / А. П. Слесаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2012. – T. 2, N 4(56). – С. 60-66. – Режим доступа : URL : http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3714.
  6. Слесаренко, А.П. Структурно-разностный подход к математическому моделированию высокоскоростных тепловых процессов с нестационарным теплообменом на поверхности конструктивных элементов / А. П. Слесаренко, Ю.О. Кобринович // Проблемы машиностроения. – 2011 – Т. 14, №13. – С.66-75.
  7. Слесаренко, А.П. Математическое моделирование высокоскоростных тепловых процессов при точном учете нестационарных осциллирующих условий теплообмена на поверхности конструктивных элементов / А. П. Слесаренко, Ю. О. Кобринович // Вісник КрНУ ім. Михайла Остроградського. – 2011. - Т.5(70) – С.35-38.
  8. Кобринович, Ю.О. Консервативные структуры решения в математическом моделировании высокоскоростного осциллирующего теплообмена / Ю.О. Кобринович// Современные проблемы математики и её приложения в естественных науках и информационных технологиях: Сб.тезисов докладов междунар. конф. - Харьков: "Апостроф", 2012. – С.58.
  9. Слесаренко А.П. Моделирование и управление нестационарными температурными режимами при ограничениях на управление и скорость нагрева [Текст] / А. П. Слесаренко/ / Доповіді НАН України. – 2009. - №2. – С.83- 88.
  10. Слесаренко, А.П. Математическое моделирование тепловых процессов в телах сложной формы при нестационарных граничных условиях [Текст] / А. П. Слесаренко/ / Проблемы машиностроения – 2002.– Т. 5, №4. - С. 72 – 80.
  11. Слесаренко А. П. S-функции в обратных задачах дифференциальной геометрии и управлении образования форм [Текст] / А. П. Слесаренко // Восточно-Европейский Журнал Передовых Технологий. - 2012. – Т1, № 4(55). - С. 4—10. – Режим доступа : URL : http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3310.
  12. Karslou,G. & Eger, D. (1964). Thermal conductivity of solids. Moscow: Nauka.
  13. Rvachev, V. & Slesarenko, A. (1978). Algebra-logical and projection methods in heat transfer. Kiev: Nauk. Dumka.
  14. Temnikov, A. & Slesarenko, A. (1991). Modern approximate analytical methods solving heat conductivity problems: tutorial. Samara.
  15. Slesarenko, A. (1984) Development of the algebraic-logical method and its applications to the nonlinear heat conduction problems for homogeneous and composite media: ab. thesis. …Dr. Science: 01.04.14, 01.01.02, Moscow.
  16. Slesarenko, A. (2012). S-functions in the conservative structures construction for geometric inverse boundary value problems solving. Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies, 2(4(56)), 60-66. Retrieved from http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3714
  17. Slesarenko, A. & Kobrinovich, J. (2011). Structurally-difference approach to the mathematical modeling of thermal processes with high-speed unsteady heat transfer on the surface of structural elements. Problemyi mashinostroeniya, Vol.14№13, 66-75.
  18. Slesarenko, A. & Kobrinovich, J. (2011). Mathematical modeling of high-speed heat processes with exact account of unsteady oscillating heat transfer conditions influence on the surfaces of structural elements. Visnik KrNU Im. Mihayla Ostrogradskogo, Vol.5№70, 35-38.
  19. Kobrinovich , J . (2012). Conservative structures of the solution to the mathematical modeling of the high-speed oscillating heat transfer. Modern problems of mathematics and its applications in the natural sciences and information technology: Abstr. of the Intern. Conf., 58
  20. Slesarenko A. (2009). Modeling and control of time-varying temperature conditions with restrictions of the management and the heating rate. Reports of the NAS of Ukraine, 83-88
  21. Slesarenko A. (2002). Mathematical modeling of thermal processes in the bodies of complex shape with unsteady boundary conditions. Problemyi mashinostroeniya, Vol.5№4, 72-80.
  22. Slesarenko, А. (2012). S-function in inverse problems of differential geometry and management formation of forms. Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies, 1(4(55)), 4-10. Retrieved from http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3310.

Published

2013-04-25

How to Cite

Слесаренко, А. П., & Кобринович, Ю. О. (2013). S-functions in mathematical modeling of high-speed thermal processes for doubly connected domains. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(4(62), 39–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.12369

Issue

Section

Mathematics and Cybernetics - applied aspects