一維熱傳問題

一維邊界溫度給定問題

有限長度

假設均勻物質總長為L、左側溫度為T_0、右側溫度為T_1,

首先我們求出熱傳方程式右側的均值解,其對應到穩定態的溫度分佈:

$$ T_{\infty}(x) = T_0 + \frac{x}{L}(T_1 - T_0) $$

接著定義

$$ \Delta T(x, t) = T(x, t) - T_{\infty}(x) $$

則我們有底下熱傳方程式:

$$ \frac{\partial \Delta T}{\partial t} = \alpha \frac{\partial^2 \Delta T}{\partial x^2} $$

其中邊界條件為

$$ \Delta T(0, t) = \Delta T(L,t) = 0 $$

我們可以利用傅立葉級數表示$\Delta T$:

$$ \Delta T(x, t) = \sum^{\infty}_{n = 1} \Tau_n(t) \sin \left( \frac{n \pi x}{L} \right) $$

$$ \dot \Tau_n(t) = -\frac{n^2 \pi^2}{L^2} \Tau_n(t) $$

$$ \Tau_n(t) = \Tau_n(0) \exp \left( -\frac{n^2 \pi^2 t}{L^2} \right) $$