Nonlinear waves and "negative heat capacity" in a medium with competitive sources | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 66. DOI: 10.17223/19988621/66/5

Nonlinear waves and "negative heat capacity" in a medium with competitive sources

For a wave equation with sources, new running-wave type solutions are built. The results are expressed in terms of the heat transfer theory. We study two types of alternating volume energy sources qυ with a nonlinear temperature dependence T. Let qυ (T = Т1) = 0 where Т1 is the temperature of the source sign change. The source is positive at Т>Т1 (heat input) and negative at Т<Т1 (heat output) when is has technical origin. A source of biological origin differs from technical ones. It serves as a compensator: at Т>Т1 it takes the heat in; at Т<Т1, it gives the heat out. Three types of analytical solutions are obtained: the sole wave, the kink structure, and the wave chain. Subsonic and supersonic wave processes are studied with respect to the rate of heat perturbations. The examples for a non-classical phenomenon of "negative heat capacity" are given when heat input/output leads to a temperature decrease/increase. We have considered a nonlinear medium liable to an exact analytical description of a wave problem with a having a resonance type of the temperature dependence: its oscillations have a crescent amplitude. As an example of physical interpretation for one solution, the rate of crystal growth is calculated as a function of the melt undercooling.

Download file
Counter downloads: 94

Keywords

волновое уравнение, нелинейный источник энергии, температурный отклик среды, переохлажденный расплав, wave equation, nonlinear energy source, temperature response of the medium, undercooled melt

Authors

NameOrganizationE-mail
Shablovskii Oleg N.Pavel Sukhoi State Technical University of Gomelshablovsky-on@yandex.ru
Всего: 1

References

Jou D., Casas-Vazquez J., Lebon J. Extended Irreversible Thermodynamics. Springer-Verlag, 2001. 486 p.
Глазунов Ю. Т. Вариационный принцип явлений взаимосвязанного тепло- и массопереноса, учитывающий конечную скорость распространения возмущений // Инженернофизический журнал. 1981. Т. 40. № 1. С. 134-138.
Яворский Н.И. Вариационный принцип для вязкой теплопроводной жидкости с релаксацией // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1986. № 3. С. 3-10.
Никитенко Н.И. Проблемы радиационной теории тепло- и массопереноса в твердых и жидких средах // Инженерно-физический журнал. 2000. Т. 73. № 4. С. 851-859.
Pennes H. H. Analysis of tissue and arterial blood temperature in the resting human forearm // J. Appl. Phisiol. 1948. V. 1. P. 93-122.
Ингель Л.Х. «Отрицательная теплоемкость» стратифицированных жидкостей // УФН. 2002. Т. 172. № 6. С. 691-699.
Шабловский О.Н. «Отрицательная теплоемкость» в задачах нелинейной динамики волн // Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование техникотехнологических систем. Вып. 16. М.: Янус-К, 2014. С. 78-89.
Ельшин М.И. К проблеме колебаний линейного дифференциального уравнения второго порядка // Доклады АН СССР. 1938. Т. 18. № 3. С. 141-145.
Полянин А.Д., Зайцев В.Ф. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики: точные решения. М.: Физматлит, 2002. 432 с.
Шабловский О.Н. Точные решения волновых уравнений с нелинейными источниками // Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем. Вып. 14. М.: Янус-К, 2011. С. 382-391.
Herlach D., Galenko P., Holland-Moritz D. Metastable solids from undercooled melts. Pergamon; Elsevier, 2007. 432 p.
 Nonlinear waves and

Nonlinear waves and "negative heat capacity" in a medium with competitive sources | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 66. DOI: 10.17223/19988621/66/5

Download full-text version
Counter downloads: 368