หมายเลขฟังก์ชันของกรีน
ในการนำความร้อน ทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชันของกรีนถูกนำมาใช้เพื่อจำแนกประเภทเฉพาะ ของ คำตอบพื้นฐาน บางอย่าง ของสมการความร้อนเพื่อให้ง่ายต่อการระบุ จัดเก็บ และเรียกใช้คำตอบที่มีอยู่
ตัวเลขถูกนำมาใช้เพื่อระบุประเภทของเงื่อนไขขอบเขตมานานแล้ว[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ระบบตัวเลขฟังก์ชันกรีนได้รับการเสนอโดย Beck และ Litkouhi ในปี 1988 [ 4 ]และมีการใช้งานเพิ่มมากขึ้นตั้งแต่นั้นมา[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]ระบบตัวเลขนี้ถูกนำมาใช้เพื่อจัดทำรายการฟังก์ชันกรีนและโซลูชันที่เกี่ยวข้องจำนวนมาก[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
แม้ว่าตัวอย่างที่ยกมาด้านล่างจะเป็นสมการความร้อนแต่ระบบตัวเลขนี้สามารถนำไปใช้กับปรากฏการณ์ใดๆ ที่อธิบายด้วยสมการเชิงอนุพันธ์เช่นการแพร่ การ อะคูสติกแม่เหล็กไฟฟ้าพลศาสตร์ของไหลเป็นต้น
สัญกรณ์
หมายเลขฟังก์ชันกรีนระบุระบบพิกัดและประเภทของเงื่อนไขขอบเขตที่ฟังก์ชันกรีน นั้น สอดคล้อง หมายเลขฟังก์ชันกรีนประกอบด้วยสองส่วน คือ ตัวอักษรตามด้วยตัวเลข ตัวอักษรระบุระบบพิกัด ในขณะที่ตัวเลขระบุประเภทของเงื่อนไขขอบเขตที่ฟังก์ชันนั้นสอดคล้อง
| ชื่อ | เงื่อนไขขอบเขต | ตัวเลข |
|---|---|---|
| ไม่มีขอบเขตทางกายภาพ | G มีขอบเขต | 0 |
| ดิริชเลต์ | 1 | |
| นอยมันน์ | 2 | |
| โรบิน | 3 |
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการกำหนดระบบตัวเลขฟังก์ชันกรีน การกำหนดระบบพิกัด ได้แก่ X, Y และ Z สำหรับพิกัดคาร์ทีเซียน R, Z, φ สำหรับพิกัดทรงกระบอกและ RS, φ, θ สำหรับพิกัดทรงกลม ตารางที่ 1 แสดงการกำหนดเงื่อนไขขอบเขตหลายประการ เงื่อนไขขอบเขตที่ศูนย์มีความสำคัญในการระบุการมีอยู่ของขอบเขตพิกัดในกรณีที่ไม่มีขอบเขตทางกายภาพอยู่จริง เช่น ในบริเวณที่อยู่ไกลออกไปในวัตถุกึ่งอนันต์ หรือที่ศูนย์กลางของวัตถุทรงกระบอกหรือทรงกลม
ตัวอย่างในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน
เอ็กซ์11
ตัวอย่างเช่น ตัวเลข X11 แทนฟังก์ชันกรีนที่สอดคล้องกับสมการความร้อนในโดเมน ( 0 < x < L ) สำหรับเงื่อนไขขอบเขตประเภทที่ 1 ( Dirichlet ) ที่ขอบเขตทั้งสองx = 0และx = Lโดยที่Xแทนพิกัดคาร์ทีเซียน และX11แทนเงื่อนไขขอบเขตประเภทที่ 1 ที่ด้านข้างทั้งสองของวัตถุปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชันกรีน X11 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
ที่นี่คือค่าการแพร่ความร้อน (m² / s) และคือฟังก์ชันเดลต้าของ Dirac GF นี้ได้รับการพัฒนาที่อื่น[ 12 ] [ 13 ]
เอ็กซ์20
ตัวอย่างคาร์ทีเซียนอีกตัวอย่างหนึ่งคือ ตัวเลข X20 แทนฟังก์ชันกรีนในทรงกึ่งอนันต์ () โดยมีขอบเขตแบบนอยมันน์ (ประเภทที่ 2) ที่x = 0ในที่นี้Xแทนพิกัดคาร์ทีเซียน2แทนเงื่อนไขขอบเขตประเภทที่ 2 ที่x = 0และ0แทนเงื่อนไขขอบเขตประเภทที่ศูนย์ (ความมีขอบเขต) ที่ปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชันกรีน X20 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
X10Y20
ตัวอย่างสองมิติ ตัวเลข X10Y20 แสดงถึงฟังก์ชันกรีนในวัตถุหนึ่งในสี่อนันต์ (,โดยมีขอบเขตแบบ Dirichlet (ประเภทที่ 1) ที่x = 0และขอบเขตแบบ Neumann (ประเภทที่ 2) ที่y = 0ปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชัน Green ของ X10Y20 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
มีแอปพลิเคชันของ GF ครึ่งพื้นที่และหนึ่งในสี่พื้นที่ที่เกี่ยวข้อง[ 16 ]
ตัวอย่างในระบบพิกัดทรงกระบอก
อาร์03
ยกตัวอย่างเช่น ในระบบพิกัดทรงกระบอก ตัวเลข R03 หมายถึงฟังก์ชันกรีนที่สอดคล้องกับสมการความร้อนในทรงกระบอกตัน ( 0 < r < a ) โดยมีเงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 3 (Robin) ที่r = aในที่นี้ ตัวอักษรRหมายถึงระบบพิกัดทรงกระบอก ตัวเลข0หมายถึงเงื่อนไขขอบเขตลำดับที่ศูนย์ (ความมีขอบเขต) ที่จุดศูนย์กลางของทรงกระบอก ( r = 0 ) และตัวเลข3 หมายถึง เงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 3 ( Robin ) ที่ r = aปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชันกรีน R03 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
ที่นี่คือค่าการนำความร้อน (W/(m K)) และคือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (W/(m²K ) ) ดูCarslaw & Jaeger (1959 , หน้า369)และCole et al. (2011 , หน้า543)สำหรับ GF นี้
อาร์10
ตัวอย่างเช่น ตัวเลข R10 แสดงถึงฟังก์ชันกรีนในวัตถุขนาดใหญ่ที่มีช่องว่างทรงกระบอกอยู่ภายใน (a < r <) โดยมีเงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 1 (Dirichlet) ที่r = aอีกครั้ง ตัวอักษรRหมายถึงระบบพิกัดทรงกระบอก ตัวเลข1หมายถึงขอบเขตแบบที่ 1 ที่r = aและตัวเลข0หมายถึงขอบเขตแบบที่ศูนย์ (ความมีขอบเขต) ที่ค่า r มาก ๆ ปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชัน Green's R10 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
R01φ00
ตัวอย่างสองมิติ ตัวเลข R01φ00 แทนฟังก์ชันกรีนในทรงกระบอกตันที่มีการพึ่งพาเชิงมุม โดยมีเงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 1 (Dirichlet) ที่r = aในที่นี้ ตัวอักษรφแทนพิกัดเชิงมุม (อะซิมุทัล) และตัวเลข00แทนขอบเขตแบบศูนย์สำหรับมุม ในที่นี้ไม่มีขอบเขตทางกายภาพใดที่มีรูปแบบของเงื่อนไขขอบเขตแบบคาบ ปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชันกรีน R01φ00 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
ตัวอย่างในพิกัดทรงกลม
อาร์เอส02
ยกตัวอย่างเช่น ในระบบพิกัดทรงกลมตัวเลข RS02 หมายถึงฟังก์ชันกรีนสำหรับทรงกลมตัน ( 0 < r < b ) ที่มี เงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 2 ( นอยมันน์ ) ที่ r = bโดยที่ตัวอักษรRSหมายถึงระบบพิกัดรัศมีทรงกลม ตัวเลข0หมายถึงเงื่อนไขขอบเขตลำดับที่ศูนย์ (ความมีขอบเขต) ที่r = 0และตัวเลข2หมายถึงเงื่อนไขขอบเขตแบบที่ 2 ที่r = bปัญหาค่าขอบเขตสำหรับฟังก์ชันกรีน RS02 กำหนดโดย
| สมการ | |
|---|---|
| โดเมน | |
| เงื่อนไขขอบเขต |
|
GF นี้มีวางจำหน่ายที่อื่น[ 21 ]