Holow 1-D cylinders with heat generation: a sufficiently general approach to solving problems with a time variable Dirichlet condition

Authors

  • Jorge Corrêa de Araújo Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Faculdade de Formação de Professores (FFP), Departamento de Matemática (DMAT), São Gonçalo, RJ, Brasil https://orcid.org/0000-0002-1015-6311
  • Rosa María García Márquez Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Faculdade de Formação de Professores (FFP), Departamento de Matemática (DMAT), São Gonçalo, RJ, Brasil https://orcid.org/0000-0003-3465-569X

DOI:

https://doi.org/10.35819/remat2021v7i1id4638

Keywords:

Hollow Cylinder, Bessel Functions, Green’s Function Method, Approximated General Solution

Abstract

In this work, a sufficiently approximated general solution to transient heat conduction problems in 1-D cylindrical geometry, with heat generation and time variable Dirichlet conditions, was presented using the Green’s function method. An important integral involving Bessel functions, that is part of the solution, has been solved in detail here. The results obtained from the use of this solution, when applied in some particular cases of practical interest, were aligned with the solutions reported by the literature. We have adopted, in this sense, a methodology that consists of addressing a non-homogeneous problem solution with non-homogeneous boundary conditions in a non-homogeneous problem solution with homogeneous border conditions and two more stationary solutions related to the given Dirichlet conditions. As a result, the solution obtained has no problems of convergence at the boundaries of the cylindrical region with the temperature prescribed conditions.

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Author Biographies

Jorge Corrêa de Araújo, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Faculdade de Formação de Professores (FFP), Departamento de Matemática (DMAT), São Gonçalo, RJ, Brasil

Rosa María García Márquez, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Faculdade de Formação de Professores (FFP), Departamento de Matemática (DMAT), São Gonçalo, RJ, Brasil

References

CARSLAW, H. S.; JAEGER, J. C. Conduction of heat in solids. 2. ed. Oxford: Clarendon Press, 2011.

CINELLI, G. An extension of the finite Hankel transform and applications. International Journal of Engineering Science, v. 3, n. 5, p. 539-559, out. 1965. DOI: https://doi.org/10.1016/0020-7225(65)90034-0.

CRANK, J. The mathematics of diffusion. 2. ed. Oxford: Clarendon Press, 2011.

DAVIS, H. F. Fourier Series and Orthogonal Functions. New York: Dover Publications, Inc., 1963.

FERNANDES, A. P. Funções de Green: soluções analíticas aplicadas em problemas inversos de condução de calor. Orientador: Gilmar Guimarães. 2009. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009. Disponível em: https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14844/1/ana.pdf. Acesso em: 28 jun. 2021.

FOX, R. W.; PRITCHARD, P. J.; MCDONALD, A. T. Introdução à mecânica dos fluidos. Tradução e revisão técnica: Ricardo Koury e Luiz Machado. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2015.

HAHN, D. W.; ÖZISIK, M. N. Heat conduction. New Jersey: John Wiley & Sons, 2012.

MEYER, R. E. Introduction to Mathematical Fluid Dynamics. New York: John Wiley & Sons, 2007.

ÖZISIK, M. N. Heat conduction. New York: John Wiley & Sons, 1993.

PERROTTA, J. A. Curso de introdução à engenharia do núcleo de reatores. São Paulo: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, jul. 1999. Disponível em: https://www.ipen.br/portal_por/conteudo/posgraduacao/arquivos/200906040956360-apperrotta.pdf. Acesso em: 5 jan. 2020.

RODRIGUES, R. R; MESQUITA, A. Z. Desenvolvimento de sistema para inspeção de elementos combustíveis de reatores nucleares de pesquisa Triga. Revista Tecnológica, Fortaleza, v. 38, n. 2, p. 1-13, 2017. DOI: https://doi.org/10.5020/23180730.2017.V38.2.7222.

ROMER, R. Você sabe o que são os cilindros que ficam no final dos cabos ligados ao seu PC? Canaltech, 8 mar. 2013. Disponível em: https://canaltech.com.br/produtos/Voce-sabe-o-que-sao-os-cilindros-que-ficam-no-final-dos-cabos-ligados-ao-seu-PC/. Acesso em: 10 jun. 2020.

SOTOMAYOR, J. Lições de equações diferenciais ordinárias. Projeto Euclides. Rio de Janeiro: IMPA, 1979.

Published

2021-06-30

How to Cite

ARAÚJO, J. C. de; MÁRQUEZ, R. M. G. Holow 1-D cylinders with heat generation: a sufficiently general approach to solving problems with a time variable Dirichlet condition. REMAT: Revista Eletrônica da Matemática, Bento Gonçalves, RS, v. 7, n. 1, p. e3015, 2021. DOI: 10.35819/remat2021v7i1id4638. Disponível em: https://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/4638. Acesso em: 22 jul. 2024.

Issue

Section

Mathematics