中国科学院大学 计算传热学 第一次实践作业
编写程序,修改原cavity中的blockMeshDict文件。
convertToMeters 0.1;
vertices
(
//指定点32个
(0 0 0)//0
(0.35 0 0)//1
(0.65 0 0)//2
(1 0 0)//3
(0 0.35 0)//4
(0.35 0.35 0)//5
(0.65 0.35 0)//6
(1 0.35 0)//7
(0 0.65 0)//8
(0.35 0.65 0)//9
(0.65 0.65 0)//10
(1 0.65 0)//11
(0 1 0)//12
(0.35 1 0)//13
(0.65 1 0)//14
(1 1 0)//15
(0 0 0.1)//16
(0.35 0 0.1)//17
(0.65 0 0.1)//18
(1 0 0.1)//19
(0 0.35 0.1)//20
(0.35 0.35 0.1)//21
(0.65 0.35 0.1)//22
(1 0.35 0.1)//23
(0 0.65 0.1)//24
(0.35 0.65 0.1)//25
(0.65 0.65 0.1)//26
(1 0.65 0.1)//27
(0 1 0.1)//28
(0.35 1 0.1)//29
(0.65 1 0.1)//30
(1 1 0.1)//31
);
blocks
(
//划分8个区块
hex (0 1 5 4 16 17 21 20) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//0
hex (1 2 6 5 17 18 22 21) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//1
hex (2 3 7 6 18 19 23 22) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//2
hex (4 5 9 8 20 21 25 24) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//3
hex (6 7 11 10 22 23 27 26) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//4
hex (8 9 13 12 24 25 29 28) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//6
hex (9 10 14 13 25 26 30 29) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//7
hex (10 11 15 14 26 27 31 30) (10 10 1) simpleGrading (1 1 1)//8
);
edges
(
);
Boundary//边界条件
(
movingWall
{
type wall;
faces
(
//移动面
(12 28 29 13)
(13 29 30 14)
(14 30 31 15)
);
}
fixedWalls
{
type wall;
faces
(
//固定面
(9 10 26 25)
(5 21 22 6)
(5 9 25 21)
(6 22 26 10)
(0 16 20 4)
(4 20 24 8)
(8 24 28 12)
(3 7 23 19)
(7 11 27 23)
(11 15 31 27)
(0 1 17 16)
(1 2 18 17)
(2 3 19 18)
);
}
frontAndBack
{
type empty;
faces
(
(0 4 5 1)
(1 5 6 2)
(2 6 7 3)
(4 8 9 5)
(6 10 11 7)
(8 12 13 9)
(9 13 14 10)
(10 14 15 11)
(16 17 21 20)
(17 18 22 21)
(18 19 23 22)
(20 21 25 24)
(22 23 27 26)
(24 25 29 28)
(25 26 30 29)
(26 27 31 30)
);
}
);
mergePatchPairs
(
);
首先使用blockMesh划分网格;
然后用icoFoam求解器求解;
用paraview画出稳定后的速度和压力云图。
速度云图:
压力云图:
传热学作业
沈阳航空航天大学预测燃气涡轮燃烧室出口温度场沈阳航空航天大学2013年6月28日计算传热学图1模型结构和尺寸图1.传热过程简述计算任务是用计算流体力学/计算传热学软件Fluent求解通有烟气的法兰弯管包括管内烟气流体和管壁固体在内的温度分布,其中管壁分别采用薄壁和实体壁两种方法处理。
在进行分析时要同时考虑导热、对流、辐射三种传热方式。
(1) 直角弯管内外壁面间的热传导。
注意:如果壁面按薄壁处理时,则不用考虑此项,因为此时管壁厚度忽略不计,内壁和外壁温度相差几乎为零。
(2) 管道外壁面与外界环境发生的自然对流换热。
由于流体浮生力与粘性力对自然对流的影响,横管与竖管对流换热系数略有不同的。
计算公式也不一样。
同时,管道内壁面同烟气发生的强制对流换热。
(3) 管道外壁和大空间(环境)发生辐射换热通过烟气温度和流量,我们可以推断出管道内烟气为湍流流动。
这在随后的模沈阳航空航天大学拟计算中可以得到证实。
2.计算方案分析2.1 控制方程及简化2.1.1质量守恒方程:任何流动问题都要满足质量守恒方程,即连续方程。
其积分形式为:0volA dxdydz dA t ρρ∂+=∂⎰⎰⎰⎰⎰ 式中,vol 表示控制体;A 表示控制面。
第一项表示控制体内部质量的增量,第二项表示通过控制面的净通量。
直角坐标系中的微分形式如下: ()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 上式表示单位时间内流体微元体中质量的增加,等于同一时间段内流入该微元体的净增量。
对于定常不可压缩流动,密度ρ为常数,该方程可简化为0u v w x y z∂∂∂++=∂∂∂ 2.1.2动量守恒方程:动量守恒方程也是任何流动系数都必须满足的基本定律。
数学式表示为:F m dv dtδδ= 流体的粘性本构方程得到直角坐标系下的动量守恒方程,即N-S 方程:()()()u u p div Uu div gradu S t xρρμ∂∂+=+-∂∂ ()()()v v p div Uv div gradv S t yρρμ∂∂+=+-∂∂ ()()()w w p div Uw div gradw S t zρρμ∂∂+=+-∂∂ 该方程是依据微元体中的流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和。
传热学作业——精选推荐
传热学作业第一章绪论能量平衡分析1-8.有两个外形相同的保温杯A与B,注入同样温度、同样体积的热水后不久,A杯的外表面就可以感觉到热,而B杯的外表面则感觉不到温度的变化,试问哪个保温杯的质量较好?答:B:杯子的保温质量好。
因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少,经外部散热以后,温度变化很小,因此几乎感觉不到热。
导热1-10 一炉子的炉墙厚13cm,总面积为20m2,平均导热系数为1.04w/m.k,内外壁温分别是520℃及50℃。
试计算通过炉墙的热损失。
如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg,问每天因热损失要用掉多少千克煤?解:根据傅利叶公式每天用煤Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.1324?3600?75.2?310.9Kg/d4 2.09?10 1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中,得到下列数据:管壁平均温度tw=69℃,空气温度tf=20℃,管子外径d=14mm,加热段长80mm,输入加热段的功率8.5w,如果全部热量通过对流换热传给空气,试问此时的对流换热表面传热系数多大?解:根据牛顿冷却公式q?2?rlh?tw?tf? qh??dtw?tf=49.33W/(m2.k) 所以热阻分析1-21 有一台气体冷却器,气侧表面传热系数h1=95W/(m2.K),壁面厚?=2.5mm,??46.5W/(m.K)水侧表面传热系数h2?5800W/(m2.K)。
设传热壁可以看成平壁,试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。
你能否指出,为了强化这一传热过程,应首先从哪一环节着手?解:R1?111?0.010526;R20.0025?5.376?10?5;R31.724?10?4;h1h25800?46. 5K?则111h1h2?=94.7W/(m2.K),应强化气体侧表面传热。
第二章稳态热传导平板导热2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成,各层的厚度依次为0.794mm.,152mm及9.5mm,导热系数分别为45W/(m.K),0.07W/(m.K)及0.1W/(m.K)。
传热实验
七、数据处理12211212333(1)KK=1()()80.141.580.141.5T=60.822T=60.8 1.005/(=/) 6.52810(mmh ph mc pc ph V Q A t QQ q c T T q c t t T T T T c kJ kg q h m -∆=-=-==++===⋅=⨯测定总传热系数、传热速率此处取空气作衡算:℃ ℃定性温度:℃查资料得℃时,空气比热容:℃)空气体积流量:23.5(m 33/)273.151.293101325273.15:(20kg/m 36.2)1013253140998.23134.3510001013253134.35273.151.293 1.177kg/m 101325273.1536.21.1776a a mh V s p p tt p Pa p Pa q ρρρ+=⨯⨯+===⨯=+=⨯⨯=+==⨯空气空气此处取指示剂水:水温℃,密度998.2;空气进口温度:℃空气质量流量:q 3331212211221.528107.68310/()=7.68310 1.00580.1-41.5=298.05W2()()()()29.836.8153.7ln ln ln 80.126.441.517.680.126.441.5123.9267.6mh ph m kg s Q q c T T T t T t t T t T t Ad m ---⨯=⨯=-⨯⨯⨯----∆====---=---因此:()、传热平均推动力℃3、传热面积内径:322212: 2.0= 3.142610 2.00.1612298.05 K=50.23W/(m )0.161236.81(2)50.23W/(m )Re Re Pr 0.380.141.5T=60.822m m nml mA dl m Q A t K Nu A n T T παα-==⨯⨯⨯===⋅∆⨯==⋅==++==传热管长℃空气与管壁间的对流给热系数℃(3)与的定量关系式空气被冷却:定性温度:℃223532251.005/(W/(m )1.060kg/m =262.01481044 6.52810==12.30m/s3.140.0260.02612.30 1.060Re 16824.92.014810ph V c kJ kg d mmPa sq u d d u λρμπρμ----=⋅⨯⋅==⨯⋅⨯⨯⨯=⨯⨯⨯===⨯内内内查资料《化工原理》上册夏清得到:空气比热容:℃)=2.971610℃空气管内流速:空气雷诺数:努赛23520.30.342.980.0343.391.00510 2.014810Pr 0.68143.39lg lg 1.687Pr 0.681lg Re lg16824.9 4.226p d Nu c Nu αλμλ---⨯===⨯⨯⨯⨯===⨯====尔准数: 2.971610普朗特准数: 2.971610处理得到:由于序号5雷诺数不满足>10000湍流应该舍去。
流体与传热数值计算大作业
1.研究对象:冷、热水换热器问题描述:一个冷、热水混合器的部流动与热量交换问题。
温度为T=350k 的热水自上部的热水小管嘴流入,与自下部右侧小管嘴流入的温度为290k的冷水在混合器部混合进行热量与动量交换后,自下部左侧小管嘴流出。
混合器结构如下图1-1所示。
输入条件:热水温度T r =350K,热水入口速度v r =10m/s; 冷水温度T l =290K,冷水入口速度v l =10m/s; 图1.1 换热器简图2.利用GAMBIT 建立计算模型2.1创建混合器网格图打开gambit ,选择fluent5/6求解器,首先在工作区建立20*20的网格,再根据模型的几何尺寸要求,确定出不同类型边界的交点及圆弧中心点。
再由节点逐步建立出混合器的壁面及各个小管嘴,最终建成各个面,从而生成换热器的几何模型。
打开“mesh edges ”,选取边线,对各个线的部节点进行重新剖分。
在“edges ”选中取边界线LA,CD,FG,GH,KL,在“interval count ”中填入15,将各条边分成15份。
同样操作,其它边分成5分。
完成上述工作后,可查看网格划分情况,如图2.1所示: 图2-1 换热器网格图 A B C D E P Q S T F G H I U VJK L 热水入口混合后出口冷水入口3CM 20CM2.2设置边界类型如图1.1所示,这个换热器的边界主要就是入口边界与出口边界需要设置,入口边界有冷水入口ST与热水入口UV,出口边界只有冷热水混合后出流口PQ,因此打开”ZONES”中“Specify Boundary Type”对话框,在“Action”项选add,创建名称“inlet1”,并选择“velcocity inlet”类型,最后选取边界线ST,点击Apply,这样就设置了ST的边界类型,类似的操作,可设置边界UV和PQ的边界类型分别为“inlet2”“outlet”。
设置结果如图2.2所示:图2.2边界类型设置对话框至此保存,并选择File/Export/Mesh命令,选中Export 2D Mesh输出mixowwang.msh文件,该文件可直接有Fluent读入。
数值传热_数值传热学大作业3gg
数值传热学 2009-2010 学年第一学期大作业 3
阶 梯 形 标 量 场 ( 长 宽 均 为 1 ) 的 纯 对 流 传 递 ( θ = 340 ), 控 制 方 程 为 u ∂φ + v ∂φ = 0 ,上游的边界条件都是第一类的,即给定了φ 的分布,下游按开
∂x ∂y 口边界的方式处理。
图 1 示意图
(2)从图中可以得知:数值计算在剧烈变化区域(y=0.5 处),采用 CD、 SUD、QUICK 格式时,产生越界现象。
(3)计算过程中采用 STOIC 格式,计算效果最好。 (4)采用不同的格式时,其表达式在 CBC 线内,则会出现稳定解,否则会 出现解得越界现象,越界现象与对流稳定性不同。 (5)编程过程中,采用 SOR 低松弛迭代方法,所得结果比较理想,计算速 度远远 Gauss—Seidel 方法。在本次作业中,松弛系数取为 0.8。 (6)编程过程中,要将边值点带入循环进行计算,否则会导致计算结果出 错。进而也证明了,对流现象是具有方向性,其扰动只能沿下游传播。
要求:
1、分别利用 FUD,CD,SUD,QUICK,CLAM,EULER,MINMOD,MUSCL,OSHER,SMART, STOIC 来离散对流项,观察它们的计算结果有何不同。 2、用延迟修正进行求解。 3、写出详细的离散过程和求解方法。 4、用 TECPLOT 软件画出整个流场中φ 的分布,并画出 y = 0.5 时,φ 随 x 的 分布。 5、编程采用 C/C++或 FORTRAN 语言。 6、将源程序附于作业之后,程序中要有详细的注释,以反映出思路。 7、源程序电子版和打印版上交时间:截止 2009 年 12 月 28 日。 8、每组交一份作业,给出每位同学的贡献度。(总和为 100%)
中国科学院大学计算传热学考题答案整理
第一套1.偏微分方程的三种类型:双曲(>0)、抛物(=0)和椭圆型(<0)方程。
ðφðt =−cðφðx为抛物型ð2φðt2=c2ð2φðx2为双曲型ð2T ðx2+ð2Tðy2=0为椭圆型2.列举出计算传热中七种常用数值方法:有限容积法(FVM)、有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)、有限分析法(FAM)、有限解析法、谱方法、边界元法3.区域离散化中两类设置节点的方法:内节点法和外节点法。
节点、子区域和控制容积的关系:内节点位于子区域的中心,子区域即为控制容积。
外节点位于子区域的角顶,控制容积界面位于两节点之间。
4.解释概念(1)相容性:相容性是指,当网格间距趋于零时,差分格式趋近于微分方程(2)收敛性:收敛性是指,当网格间距趋于零时,数值解趋近于精确解。
(3)离散方程守恒性:离散方程的守恒性是指,对一个离散方程在定义域的任一有限空间内作求和的运算(相当于连续问题中对微分方程作积分),所得的表达式满足该区域上物理量守恒关系(4)离散格式稳定:离散格式的稳定是指,前一时层引入的误差不会在以后时层计算中不断放大,以致数值解无界5.假扩散的三个来源:基本含义:由于对流—扩散方程中一阶导数项的离散格式的截断误差小于二阶而引起较大数值计算误差的现象。
有的文献中将人工粘性(artificial viscosity )或数值粘性(numerical viscosity )视为它的同义词。
拓宽含义:现在通常把以下三种原因引起的数值计算误差都归在假扩散的名称下。
非稳态项或对流项采用一阶截差的格式; 流动方向与网格线呈倾斜交叉(多维问题); 建立差分格式时没有考虑到非常数的源项的影响。
6.流动与传热的三个守恒定律,守恒型的三个守恒定律控制方程:质量、动量、能量守恒(ρV )0Dt tρρ+∇V =+∇=∂连续性方程1.D 非守恒形式:∂ρ守恒形式:(ρu )(()()2.yx xx zxxxy yy zy yyz xz zz zyx xx zxx Du ∂p =−++++ρρf Dt x ∂x ∂yz Dvp =−++++ρρf Dt y ∂x ∂yz Dwp =−++++ρρf z ∂x ∂y z ∂p x uV )=−+++ρρf t x ∂x ∂y z v y vV t ∂∂τττττττττ∂∂τττρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+∂∂∂∂=−∂动量方程非守恒形式:x 方向:y 方向:z 方向:Dt 守恒形式:方向:方向:()(xy yy zyy yz xz zz zp f y ++∂x ∂y z w p z wV )=−+++ρρf t z ∂x ∂yz τττρτρττ∂∂∂∂++∂∂∂∂∂∂∂+∇+∇+∇+∂∂∂方向:()()()()()()()()()()()()2223.22xy yx yy yz zy xx xz zx zz up vp wp D V T TT e q k k k Dt x x y y z zx y z u u u u u u u u u f VxyzxyzxyzV V e e t ρρτττττττττρρρ∂∂∂⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫+=+++−−−+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++++++++∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫∂++∇+ ⎪∂⎝⎭能量方程:非守恒形式:守恒形式:()()()()()()()()()()()()2xy yx yy yz zy xx xz zx zz up vp wp TTT V q kk k x x y y z z x y z u u u u u u u u u f Vxyzxyzxyzρτττττττττρ⎡⎤⎡⎤∂∂∂⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫=+++−−−+⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++++++++∂∂∂∂∂∂∂∂∂第二套1.计传主要围绕不可压NS 方程的数值离散方法进行讲解,分析这课主要内容和特点计算传热学又称数值传热学,是指对描写流动与传热问题的控制方程采用数值解法通过计算机予以求解的一门学科数值解法是一种离散近似的计算方法。
传热操作实训报告总结
一、实训背景随着我国经济的快速发展,化工产业作为国民经济的重要支柱产业,对传热技术的需求日益增长。
为了提高化工企业的生产效率,降低能源消耗,保障生产安全,我国高校及职业院校纷纷开设了传热操作实训课程。
本人在参加传热操作实训过程中,通过理论学习和实际操作,对传热技术有了更深入的了解。
二、实训目的1. 理解传热基本原理,掌握传热计算方法;2. 掌握传热设备的操作技能,提高实际操作能力;3. 熟悉化工生产中传热过程的应用,为将来从事相关工作奠定基础。
三、实训内容1. 传热基本原理:介绍了传热的三种基本方式,即传导、对流和辐射,并分析了它们在化工生产中的应用。
2. 传热计算方法:学习了传热系数、传热面积、热负荷等计算公式,掌握了传热计算的基本方法。
3. 传热设备操作:熟悉了换热器、加热器、冷却器等传热设备的基本结构、工作原理和操作方法。
4. 传热过程应用:了解了化工生产中传热过程的应用,如:蒸馏、蒸发、结晶、干燥等。
四、实训过程1. 理论学习:通过课堂讲授、自学等方式,掌握传热基本原理和计算方法。
2. 实验操作:在实验室进行传热设备操作实验,熟悉传热设备的操作流程。
3. 生产实习:到化工企业进行实地参观和实习,了解传热过程在化工生产中的应用。
五、实训成果1. 理论知识方面:掌握了传热基本原理、计算方法和传热设备操作技能。
2. 实践能力方面:提高了实际操作能力,为将来从事相关工作奠定了基础。
3. 思想认识方面:对化工产业有了更深入的了解,增强了职业责任感。
六、实训体会1. 理论与实践相结合:通过实训,深刻体会到理论与实践相结合的重要性,只有将所学知识运用到实际操作中,才能真正掌握传热技术。
2. 安全意识:在实训过程中,注重安全操作,遵守操作规程,提高了安全意识。
3. 团队合作:在实验和实习过程中,与同学们互相学习、互相帮助,培养了团队合作精神。
4. 职业素养:通过实训,提高了自己的职业素养,为将来从事相关工作打下了良好的基础。
传热实验实验报告
一、 实验名称:传热实验二、实验目的:1.熟悉套管换热器的结构;2.测定出K 、α,整理出e R N -u 的关系式,求出m A 、.三、实验原理:本实验有套管换热器4套,列管式换热器4套,首先介绍套管换热器。
套管换热器管间进饱和蒸汽,冷凝放热以加热管内的空气,实验设备如图2-2-5-1(1)所示。
传热方式为:冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算:]/[2m k m W t A q K m⋅∆⋅=(1)图2-2-5-1(1) 套管换热器示意图式中:q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○1传热速率q 用下式计算: ])[(12W t t C V q p S -=ρ (2) 式中:3600/h S V V =——空气流量[m 3/s]V h ——空气流量[m 3/h]ρ——空气密度[kg/m 3],以下式计算:传热实验]/)[273(4645.031m kg t R p Pa ++=ρ (3)Pa ——大气压[mmHg]Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃]Cp ——空气比热[K kg J ⋅/],查表或用下式计算:]/[04.01009K kg J t C m p ⋅+= (4) t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值(℃) t 2——空气出口温度[℃]②传热平均面积A m :][2m L d A m m π= (5)式中:d m =传热管平均直径[m]L —传热管有效长度[m ]③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算:T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=∆-=∆2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ (6) 式中:T ——蒸汽温度[℃]2、传热膜系数(给热系数)及其关联式空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示:n r m e P AR Nu = (7)式中:N u ——努塞尔特准数R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数A ——系数,经验值为0.023 m ——指数,经验值为0.8n ——指数,经验值为:流体被加热时n=0.4,流体被冷却n=0.3 为了测定传热膜系数,现对式(7)作进一步的分析:λαdNu =(8) α——空气与管壁间的传热膜系数[W/m 2·k] 本实验可近似取α=K[传热系数],也可用下式计算:)(m W i t t A q -=α (9)A i ——传热管内表面积[m 2] t W ——管壁温[℃]t m ——空气进、出口平均温度[℃] d ——管内径[m]λ——空气的导热系数[W/m ·k],查表或用下式计算:λ=0.0244+7.8×10-5t m (10) μρdu =Re (11)u ——空气在加热管内的流速[m/s]μ——空气定性温度(t m )下的粘度[pa ·s],查表或用下式计算:μ=1.72×10-5+4.8×10-8t m (12)d ,ρ——意义同上。
传热学作业homework
第一次:2-1 A wall 2 cm thick is to be constructed from material which has an average thermal conductivity of 1.3 W/m ⋅︒C. The wall is to be insulated with material having an average thermal conductivity of 0.35 W/m ⋅︒C, so that the heat loss per square meter will not exceed 1830 W. Assuming that the inner and outer surface temperatures of the insulated wall are 1300 and 30 ︒C, calculate the thickness of insulation required.Solution :2211//1830λδλδ+∆==tA q 694.01830301300//2211=-=+λδλδ238.035.0)3.102.0694.0()/694.0(2112=⨯-=-=λλδδm2-45 Derive an expression for the temperature distribution in a sphere of radius r 1 with uniformheat generation qand constant surface temperature T w . Solution :00)(10221=∂∂==+==r wr r rTT TkqrT dr d r0)(22=+r k qrT drd c r kqrT dr d +-=22)( b cr r k qrT ++-=362126,06r k q T c b r b c r k q T w +==++-=)(6221r r kq T -=2-55温度为120℃的空气从导热系数为λ1 = 18 W/(m ⋅K)的不锈钢管内流过,表面传热系数为h 1 = 65 W/(m 2⋅K),管内径为d 1 = 25 mm ,厚度为0.4 mm 。
传热大作业-数值解法-清华-传热学
一维非稳态导热的数值解法一、导热问题数值解法的认识(一)背景所谓求解导热问题,就是对导热微分方程在规定的定解条件下的积分求解。
这样获得的解称为分析解。
近100年来,对大量几何形状及边界条件比较简单的问题获得了分析解。
但是,对于工程技术中遇到的许多几何形状或边界条件复杂的导热问题,由于数学上的困难目前还无法得出其分析解。
另一方面,在近几十年中,随着计算机技术的迅速发展,对物理问题进行离散求解的数值方法发展十分迅速,并得到日益广泛的应用。
这些数值方法包括有限差分法、有限元法及边界元法等。
其中,有限差分法物理概念明确,实施方法简便,本次大作业即采用有限差分法。
(二)基本思想把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量的场,如导热物体的温度场,用有限个离散点上的值的集合来代替,将连续物理量场的求解问题转化为各离散点物理量的求解问题,将微分方程的求解问题转化为离散点被求物理量的代数方程的求解问题。
(三)基本步骤(1)建立控制方程及定解条件。
根据具体的物理模型,建立符合条件的导热微分方程和边界条件。
(2)区域离散化。
用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域划分成许多子区域,以网格线的交点作为需要确定温度值的空间位置,称为节点。
每一个节点都可以看成是以它为中心的一个小区域的代表,将小区域称之为元体。
(3)建立节点物理量的代数方程。
建立方法主要包括泰勒级数展开法和热平衡法。
(4)设立迭代初场。
(5)求解代数方程组。
(6)解的分析。
对于数值计算所获得的温度场及所需的一些其他物理量应作仔细分析,以获得定性或定量上的一些结论。
对于不符合实际情况的应作修正。
二、问题及求解(一)题目一厚度为0.1m 的无限大平壁,两侧均为对流换热边界条件,初始时两侧流体温度与壁内温度一致,1205f f t t t ===℃;已知两侧对流换热系数分别为h 1=11 W/m 2K 、h 2=23W/m 2K ,壁的导热系数λ=0.43W/mK ,导温系数a=0.3437×10-6 m 2/s 。
