邊界值與初始值問題及適定性

羅賓邊界條件(Robin boundary condition)

/ Robin -> roh-BAN (French) /

大多數真實表面既非固定溫度、也非完美隔熱——它們以一個速率向周圍空氣散熱,而這速率取決於它們比空氣熱多少。牆比室溫高得越多,散熱就越快。這條冷卻定律,用一句合併的陳述,把邊界上 u 的值與它在那裡向外的斜率綁在一起。羅賓邊界條件正是如此:它在邊界上規定 u 的值與它的法向導數的一個線性組合。它是狄利克雷(只管值)與諾伊曼(只管斜率)之間誠實的中間地帶。

具體而言,羅賓條件寫成邊界上 a u + b u_n = g,其中 a、b 為給定係數,g 為給定資料。牛頓冷卻定律是標準例子:越過牆損失的熱量(正比於法向導數 u_n)等於一個傳遞係數乘以牆與外界的溫差,重新整理後恰是這個「值加斜率」的形式。當 u_n 的係數為零時,你回到狄利克雷條件;當 u 的係數為零時,你回到諾伊曼——所以羅賓把兩者都當作極限情形包含進來。此名紀念維克多·古斯塔夫·羅賓,儘管這歸名部分是歷史上的偶然。

凡是表面與周圍環境交換、而非被夾死或密封之處,羅賓條件就重要:對流散熱、部分吸收的牆、會滲漏的薄膜、有化學反應的邊界。當係數的正負號得當時,它們會使所得的特徵值問題保持自伴,因此特徵函數展開仍然可行——但此時特徵值是某個超越方程的根(形如 tan(lambda L) 等於某係數之比),而非狄利克雷與諾伊曼情形中那個齊整的 n pi / L。沒有了乾淨的封閉形式譜,這便是混合值與通量所付出的代價。

一根桿,其在 x = L 的端點依牛頓定律向溫度為零的空氣冷卻:u_x(L, t) + h u(L, t) = 0,其中 h > 0 是熱傳遞係數。當 h -> 0 時端點變為隔熱(諾伊曼);當 h -> 無窮大時端點實質上被固定為零(狄利克雷)。容許的空間模態滿足一個關於 lambda 的超越方程,而非簡單的 n pi / L。

羅賓 = 邊界上 a*值 + b*通量;它在狄利克雷與諾伊曼之間內插。

羅賓有時被籠統地稱作「混合」條件,但「混合」也可能指另一回事——邊界的一部分用狄利克雷、另一部分用諾伊曼。羅賓特指在同一點上把值與通量結合起來。

又称
third-type boundary conditionmixed boundary conditionimpedance condition第三類邊界條件羅賓條件