XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY
Report of 'Heat Transfer'Computer Practice 二维导热物体温度场的数值模拟
作者：王健学号：09201117 学院(系)：能源与动力工程学院
专业：能源动力系统及自动化
班级：能动B93
指导教师：王秋旺
杨剑
二维导热物体温度场的数值模拟
一：物理描述
有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面尺寸和示意图如图1-1所示，假设在垂直纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。在下列两种情况下试计算：（1）砖墙横截面上的温度分布；（2）垂直于纸面方向的每米长度上通过砖墙的导热量。
第一种情况：内外壁分布均匀地维持在0C ?及30C ?； 第二种情况：内外表面均为第三类边界条件，且已知：
10,3011=?=∞h C t C m W ??2/
4,1022
=?=∞h C t C m W ??2/
砖墙的导热系数C m W ??=/3.50λ
11h t ，∞ 1w t 2
2h t ∞ 2w t
图1-1
二：数学描述
该结构的导热问题可以作为二维问题处理，并且其截面如图1-1所示，由于对称性，仅研究其1/4部分即可。
其网络节点划分如图2-1；
上述问题为二维矩形域内的稳态、无内热源、常物性的导热问题，对于这样的物理问题，我们知道，描写其的微分方程即控制方程，就是导热微分方程：
02
222=??+??y t
x t
第一类边界条件：内外壁分布均匀地维持在0C ?及30C ?；
1w t =30C ? 2w t =0C ?
第三类边界条件：内外表面均为第三类边界条件，且已知：
32.10,3011=?=∞h C t C m W ??2
/
04.4,1022=?=∞h C t C m W ??2
/
砖墙的导热系数C
m W ??=/3.50λ
f a
（m ，n ）
c b x ?=y ? x ?
n y ? e m d
图2-1 三：方程的离散
如上图2-1所示，用一系列与坐标轴平行的网络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，即节点，节点的位置已该点在两个方向上的标号m 、n 来表示。每一个节点都可以看成是以它为中心的小区域的代表，如上（m ，n ）：对于（m ，n ）为内节点时：由级数展开法或热平衡法都可以得到，当x ?=y ?时： )t t t t (4
1
t 1,1,,1,1,-+-++++=
n m n m n m n m n m ① 对于（m ，n ）为边界节点时：
1) 位于平直边界上的节点：
)t t 2t (4
1
t 1,,1,1,--+++=
n m n m n m n m 2) 外部角点：如图2-1中a 、b 、d 、e 、f 点，
)t t (2
1
t 1,,1,--+=
n m n m n m 3) 内部角点：如图2-1中c 点，
)t t 2t 2t (6
1
t 1,1,,1,1,-+-++++=
n m n m n m n m n m 由已知条件有，当m=1或n=13时的节点的温度衡为1w t =30C ?，当（m=6且n<9）和（n=8且6 四：编程思路及流程图 开始 输入已知参数 说明边界条件 取定初始试探值 TA（i, j）=0 计算新的内节点和边界点温 度T(i, j) 比较所有节点 |TA(i, j)- T(i, j)| 计算内外边界散热量及热平衡偏差输出内外边界散热量及热平衡偏差 结T=TA 是 否 附：fortran语言编写的程序： 1.1.第一类边界条件 program cuanre implicit none REAL::t(13,16),ta(13,16) REAL::dt,dtm,Q1,Q2,Q !Q1为从外表面所算得的热量，Q2为从内表面所算得的热量，!Q为二者的平均 REAL::LAMD=0.53 !导热系数 INTEGER::i,j REAL::epsilon=1.e-6 !偏差 t=20.0 !迭代初值 ta=0.0 t(1,:)=30.0 !外边界表面30度 t(:,1)=30.0 do i=6,16 !内边界表面0度 t(6,i)=0.0 end do do i=6,13 t(i,6)=0.0 end do 1 do i=2,5 !二到五行内部节点温度 do j=2,15 t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1)) end do end do do i=6,12 !六到十二行内部节点温度 do j=2,5 t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1)) end do end do do i=2,5 !绝热边界节点温度计算 t(13,i)=0.25*(t(13,i-1)+t(13,i+1)+2*t(12,i)) end do do i=2,5 !绝热边界节点温度计算 t(i,16)=0.25*(t(i-1,16)+t(i+1,16)+2*t(i,15)) end do dtm=0.0 do i=2,13 do j=2,16 dt=abs(t(i,j)-ta(i,j)) if(dtm ta(i,j)=t(i,j) end do end do if(dtm print*,'温度分布为:' do i=1,6 write(*,'(16(f5.1))',advance='no')t(i,:) print* end do do i=7,13 write(*,'(16(f5.1))',advance='yes')t(i,1:6) print* end do else goto 1 end if Q1=0 !初始外表面导热量 do i=2,15 Q1=Q1+(t(1,i)-t(2,i))*LAMD !第一行减去第二行的 end do do i=2,12 !第一列的减去第二列的 Q1=Q1+(t(i,1)-t(i,2))*LAMD end do Q1=Q1+(0.5*(t(1,16)-t(2,16))+0.5*(t(13,1)-t(13,2)))*LAMD Q2=0 !初始内表面导热量 do i=6,15 Q2=Q2+(t(5,i)-t(6,i))*LAMD !第六列及以后的第五行的减去第六行的 end do do i=6,11 !第六行以后的第五列减第六列 Q2=Q2+(t(i,5)-t(i,6))*LAMD end do Q2=Q2+(0.5*(t(5,16)-t(6,16))+0.5*(t(13,5)-t(13,6)))*LAMD Q=(Q1+Q2)/2.0 write(*,'(a,f8.3,a)',advance='yes')'每米高1/4墙的导热量为：',Q,'W' end program 1.2.第三类边界条件 program cuanre implicit none REAL::t(13,16),ta(13,16) REAL::dt,dtm,Q1,Q2,Q ,e !Q1为从外表面所算得的热量，Q2为从内表面所算得的热量,!Q为二者的平均 REAL::LAMD=0.53 !导热系数 integer ::h1=10 integer ::h2=4 integer ::t_outflow=30 integer ::t_innerflow=10 INTEGER::i,j REAL::epsilon=1.e-6 !偏差 t=20.0 !迭代初值 ta=0.0 1 do i=2,5 !二到五行内部节点温度 do j=2,15 t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1)) end do end do do i=6,12 !六到十二行内部节点温度 do j=2,5 t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1)) end do end do do i=2,5 !绝热边界节点温度计算 t(13,i)=0.25*(t(13,i-1)+t(13,i+1)+2*t(12,i)) end do do i=2,5 !绝热边界节点温度计算 t(i,16)=0.25*(t(i-1,16)+t(i+1,16)+2*t(i,15)) end do do i=2,12 t(i,1)=(0.1*h1*t_outflow/LAMD+(t(i+1,1)+t(i-1,1))/2+t(i,2))/(2+0.1*h1/lamd ) end do do j=2,15 t(1,j)=(0.1*h1*t_outflow/LAMD+(t(1,j+1)+t(1,j-1))/2+t(2,j))/(2+0.1*h1/lamd ) end do do j=7,15 t(6,j)=(0.1*h2*t_innerflow/LAMD+(t(6,j+1)+t(6,j-1))/2+t(5,j))/(2+0.1* h2/lamd) end do do i=7,12 t(i,6)=(0.1*h2*t_innerflow/LAMD+(t(i+1,6)+t(i-1,6))/2+t(i,5))/(2+0.1* h2/lamd) end do t(1,1)=(h1*0.1*t_outflow+lamd*(t(2,1)+t(1,2))/2)/(lamd+h1*0.1) t(1,16)=(h1*0.1*t_outflow/2+lamd*(t(1,15)+t(2,16))/2)/(lamd+h1*0.1/2) t(6,16)=(h2*0.1*t_innerflow/2+lamd*(t(6,15)+t(5,16))/2)/(lamd+h2*0.1/2) t(13,1)=(h1*0.1*t_outflow/2+lamd*(t(12,1)+t(13,2))/2)/(lamd+h1*0.1/2) t(13,6)=(h2*0.1*t_innerflow/2+lamd*(t(13,5)+t(12,6))/2)/(lamd+h2*0.1/2) t(6,6)=(lamd*(t(5,6)+t(6,7)+t(7,6)/2+t(6,5)/2)+h2*0.1*t_innerflow)/(3 *lamd+h2*0.1) dtm=0.0 do i=2,13 do j=2,16 dt=abs(t(i,j)-ta(i,j)) if(dtm ta(i,j)=t(i,j) end do end do if(dtm print*,'温度分布为:' do i=1,6 write(*,'(16(f5.1))',advance='no')t(i,:) print* end do do i=7,13 write(*,'(16(f5.1))',advance='yes')t(i,1:6) print* end do else goto 1 end if Q1=0 !初始外表面导热量 do j=2,15 Q1=Q1+(t(1,j)-t(2,j))*LAMD !第一行减去第二行的 end do do i=2,12 !第一列的减去第二列的 Q1=Q1+(t(i,1)-t(i,2))*LAMD end do Q2=0 !初始内表面导热量 do j=6,15 Q2=Q2+(t(5,j)-t(6,j))*LAMD !第六列及以后的第五行的减去第六行的 end do do i=6,11 !第六行以后的第五列减第六列 Q2=Q2+(t(i,5)-t(i,6))*LAMD end do Q=(Q1+Q2)/2.0 e=abs(q1-q2)/q write(*,'(a,f8.3,a)',advance='yes')'每米高墙的平均导热量为：',4*Q,'W' end program 、 2.实验感想 用数值算法算出的各节点温度值，和通过电阻实验模拟出来的温度值，在允许误差范围内；通过这次的上机实验，对传热的很多问题和数值算法都有一定的加深理解和掌握，收获很多，同时对于个人的动手动脑及解决问题的能力都有一定的提高。同样，这也反过来证实了“二维导热物体温度场的电模拟实验”的正确性和可行性。 参考文献 [1]西安交通大学等编，传热学实验指导书，热与流体实验中心 [2]周振红等主编，Fortran90/95高级程序设计，黄河水利出版社，2005 [3]杨世铭，陶文铨编著，传热学，高等教育出版社，2006 数值计算大作业 一、用数值方法求解尺度为100mm×100mm 的二维矩形物体的稳态导热问题。物体的导热系数λ为1.0w/m·K。边界条件分别为： 1、上壁恒热流q=1000w/m2; 2、下壁温度t1=100℃； 3、右侧壁温度t2=0℃; 4、左侧壁与流体对流换热，流体温度tf=0℃，表面传热系数 h 分别为1w/m2·K、10 w/m2·K、100w/m2·K 和1000 w/m2·K; 要求： 1、写出问题的数学描述； 2、写出内部节点和边界节点的差分方程； 3、给出求解方法； 4、编写计算程序(自选程序语言)； 5、画出4个工况下的温度分布图及左、右、下三个边界的热流密度分布图； 6、就一个工况下（自选）对不同网格数下的计算结果进行讨论； 7、就一个工况下（自选）分别采用高斯迭代、高斯——赛德尔迭代及松弛法（亚松弛和超松弛）求解的收敛性（cpu 时间，迭代次数）进行讨论； 8、对4个不同表面传热系数的计算结果进行分析和讨论。 9、自选一种商业软件（fluent 、ansys 等）对问题进行分析，并与自己编程计算结果进行比较验证（一个工况）。（自选项） 1、写出问题的数学描述 设H=0.1m 微分方程 22220t t x y ??+=?? x=0，0 y=H ，0 2. 燃烧炉的内层为460mm 厚的耐火砖，外层为230mm 厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t 1为1400℃，外表面温度t 3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t ，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t 。两式中t 可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W ／(m ·℃)。 1、解：热通量q 及界面温度t 2 由：)(21111t t b m q q -==λ ) (32222t t b m q -==λ 又 t 00070901..+=λ t 00030302..+=λ 已知：14001=t ℃ 1002=t ℃ 460b 1=mm 2302=b mm 代入联立解之得： 9492=t ℃ 代入q 式得1689=q （Ｗ／ｍ２） 答： q ＝1689W ／㎡，t 2＝949℃ 4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合? 解：δ相同：2123r r r r -=- 平均直径：232= 232r r = 121 22 3 2332r r r r x r r r r r ln )(ln -=-= ∵1223r r r r -=- ∴有 12232r r r r ln ln = 每米管长的热损失q ′ 231231ln 21ln 1)(π2r r r r t t L Q q λλ+-== 232331ln 21ln 2)(π2r r r r t t λλ+-= 更换材料以前，每米管长热损失q ′ 23 2331ln 1ln 21)(π2r r r r t t L Q q λλ+?-== ∴251.='q q 即： q ′=1.25q 故原保温好。 6. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为φ19×2mm 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W ／(m 2·℃)，管外油侧对流传热系数为258W ／(m 2·℃)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.000 26m 2·℃／W ，油侧污垢热阻为0.000 176m 2·℃／W 。管壁导热系数为45W ／(m ·℃)，试求： （1）基于管外表面积的总传热系数； （2）产生污垢后热阻增加的百分数。 解:1、基于管子外表面积的总传热系数K O ： 传热学大作业报告二维稳态计算 院系：能源与环境学院 专业：核工程与核技术 姓名：杨予琪 学号：03311507 一、原始题目及要求 计算要求： 1. 写出各未知温度节点的代数方程 2. 分别给出G-S 迭代和Jacobi 迭代程序 3. 程序中给出两种自动判定收敛的方法 4. 考察三种不同初值时的收敛快慢 5. 上下边界的热流量（λ=1W/(m ℃）） 6. 绘出最终结果的等值线 报告要求： 1. 原始题目及要求 2. 各节点的离散化的代数方程 3. 源程序 4. 不同初值时的收敛快慢 5. 上下边界的热流量（λ=1W/(m ℃）） 6. 计算结果的等温线图 7. 计算小结 二、各节点的离散化的代数方程 左上角节点 )(21 1,22,11,1t t t += 右上角节点 )(2 15,24,15,1t t t += 左下角节点 C t ?=1001,5 右下角节点 )2(211,24,55,5λ λ x h t t x h t ?++?+= 左边界节点 C t i ?=1001,，42≤≤i 上边界节点 C t j ?=200,1，42≤≤j 右边界节点 )2(415,15,14,5,+-++= i i i i t t t t ，42≤≤i 下边界节点 )42()2(211,51,5,4,5∞+-?+++?+=t x h t t t x h t j j j j λλ ，42≤≤j 内部节点 )(2 1,1,11,1,,j i j i j i j i j i t t t t t +-+-+++= ，4,2≤≤j i 三、源程序 1、G-S 迭代法 t=zeros(5,5); t0=zeros(5,5); dteps=0.0001; for i=2:5 %左边界节点 t(i,1)=100; end for j=2:4 %上边界节点 t(1,j)=200; end t(1,1)=(t(1,2)+t(2,1))/2; t for k=1:100 for i=2:4 %内部节点 for j=2:4 t(i,j)=(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1))/4; end end t(1,5)=(t(1,4)+t(2,5))/2;%右上角节点 for i=2:4;%右边界节点 t(i,5)=(2*t(i,4)+t(i-1,5)+t(i+1,5))/4; end for j=2:4; %下边界节点 COMSOL周期性边界条件的应用 在将真实的物理问题转化为仿真模型时，为了通过有限的计算资源获得尽可能高的计算精度，模型简化是必要的。模型简化的前提是所模拟的物理问题具有结构、材料属性及边界条件的对称性或均匀性，以此为基础，可通过特定的方程及边界条件建立模型，例如降维方程，镜像/周期性/旋转对称边界条件，或根据工程经验将某些计算域简化为边界等等。 当处理空间或时间上具有周期性的物理问题时，采用周期性边界条件（Periodic/Cyclic Condition），可将复杂结构的模拟简化为周期单元，在不失精确度的前提下，大大降低计算量。 COMSOL提供的周期性边界条件包括四种类型： ?连续性周期边界（Continuity），指在源和目标边界上的场值相等； ?反对称周期边界（Antiperiodicity），源和目标边界上场值符号相反； ?弗洛奎特周期性边界（Floquet periodicity），源和目标边界上场值相差一个位相因子，位相因子由波矢和边界相对距离确定。Continuity和Antiperiodicity边界可以认 为是Floquet periodicity边界在位相分别为0和π情况下的两个特例。 ?循环对称性边界（Cyclic Symmetry），源和目标边界上场值相差一个位相因子，位相因子由计算域所对应的扇形角和角向模式数决定。 以下是几个典型应用： 1.微纳光学领域内的光子晶体（Photonic Crystal）、表面等离子体激元（Surface Plasmon） 阵列结构及超材料（Metamaterial），这几种结构均由空间上周期性重复的散射体构 成，当计算透射率及能带结构时，常常可采用Floquet perioidcity边界将结构简化。 超材料能带分析 Metamaterial.mph 2.作为压电传感器件的声表面波器件（Surface Acoustic Wave, SAW）的本征频率问题 计算。 2016年东南大学918传热学考研真题及讲解 名词解释： 1.总传热过程 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。 2.集总参数法 当固体内部的导热热阻小于其表面的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，近似认为固体内部的温度t仅是时间τ的一元函数而与空间坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化方法称为集总参数法。 3.光谱发射率 热辐射体的光谱辐射出射度与处于相同温度的黑体的光谱辐射出射度之比。 4.自然对流自模化 它表明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关。 5.Bi Bi =hl/λ, 表明了导热热阻与对流换热热阻的比值。 6.局部对流传热系数 就是指某个点的对流传热系数,比如一个平板上某一点,是用该点的温度同外界温度的差来计算所得该点的局部对流换热系数。 7.接触热阻 接触热阻是由于两接触面凹凸不平存在空气使得接触不完全而产生的热阻。接触热阻的大小与接触表面的材料、连接方式、表面状况及接触压力大小等多种因素有关。 8.热边界层 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 9.漫射表面 辐射能按空间分布满足兰贝特定律的表面。 10.灰体。 光谱吸收率与波长无关的物体。 简答题： 1功率恒定的电阻丝放在房间中，分析影响表面温度的因素是什么？ 答：电阻丝跟外界的换热有两种方式，一种是与空气的对流换热，第二种是与墙壁的辐射换热。从对流换热的角度出发，影响因素主要有空气的物性参数、流速、电阻丝的散热面积、表面性质；从辐射的角度来说，影响因素主要有墙壁的温度、电阻丝的散热面积。 2为什么冷藏车表面刷白漆？ 答：增加车表面的反射辐射，减少吸收辐射。 3非稳态一维无内热源环境传热系数h，环境温度tf，步长为△x，写出显示差分方程并指出收敛条件。 答：p176 公式4-14a;p177公式4-16a。 4强制对流，流体通过温度恒定两块平行板，画出传热系数变化曲线，并画流体平均温度变化曲线。 答：p244图6-6b;批、p245图6-7b。 5水滴滴在120度和400度金属板哪块汽化更快？为什么？ 答：120度的汽化更快，因为那时候处在核态沸腾区域，热流密度更大。而 400度时， 处于膜态沸腾区，热流密度相对较小。 6不同直径的材料相同的小球温度计放在温度变化相同的环境中，哪个测量更准确，为什么？ 计算题 1圆柱直径30mm，圆柱表面温度80度，表面覆盖保温层，保温层导热系数为0.5W/mk，保温层外表面传热系数10，环境温度为30度。分析保温层厚度δ对传热量的影响。若允许保温层外表面温度最高为50度，则保温层厚度δ为多少？ 0.075m δ= 2空气温度为20度，速度为2m/S，横掠直径为15mm长500mm的圆柱。圆柱表面温度为80度，求传热系数和换热量。 求解： 硕士研究生《高等工程热力学与传热学》作业 查阅相关资料,回答以下问题： 1、一滴水滴到120度和400度的板上，哪个先干？试从传热学的角度分析？ 答：在大气压下发生沸腾换热时,上述两滴水的过热度分别是△ t=tw–ts=20℃和△t=300℃,由大容器饱和沸腾曲线,前者表面发生的是泡态沸腾,后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小,但其表面传热系数大,从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。 2、锅铲、汤勺、漏勺、铝锅等炊具的柄用木料制成，为什么？ 答：是因为木料是热的不良导体,以便在烹任过程中不烫手。 3、滚烫的砂锅放在湿地上易破裂。为什么？ 答：这是因为砂锅是热的不良导体, 如果把烧得滚热的砂锅,突然放到潮湿或冷的地方,砂锅外壁的热就很快地被传掉，而壁的热又一下子传不出来，外壁冷却很快的收缩，壁却还很热，没什么收缩，加以瓷特别脆，所以往往裂开。 或者：烫砂锅放在湿地上时,砂锅外壁迅速放热收缩而壁温度降低慢,砂锅外收缩不均匀,故易破裂。 4、往保温瓶灌开水时，不灌满能更好地保温。为什么？ 答：因为未灌满时,瓶口有一层空气,是热的不良导体,能更好地防止热量散失。 5、煮熟后滚烫的鸡蛋放入冷水中浸一会儿，容易剥壳。为什么？ 答：因为滚烫的鸡蛋壳与蛋白遇冷会收缩,但它们收缩的程度不一样,从而使两者脱离。 6、用焊锡的铁壶烧水，壶烧不坏，若不装水，把它放在火上一会儿就烧坏了。为什么？ 答：这是因为水的沸点在1标准大气压下是100℃,锡的熔点是232℃,装水烧时,只要水不干,壶的温度不会明显超过100℃,达不到锡的熔点,更达不到铁的熔点,故壶烧不坏.若不装水在火上烧,不一会儿壶的温度就会达到锡的熔点,焊锡熔化,壶就烧坏了。 7、冬壶里的水烧开后，在离壶嘴一定距离才能看见“白气”，而紧靠壶嘴的地方看不见“白气”。这是因为紧靠壶嘴的地方温度高，壶嘴出来的水蒸气不能液化，而距壶嘴一定距离的地方温度低；壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴，即“白气”。 答：这是因为紧靠壶嘴的地方温度高,壶嘴出来的水蒸气不能液化,而距壶嘴一定距离的地方温度低；壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴,即“白气”。 8、某些表演者赤脚踩过炽热的木炭，从传热学角度解释为何不会烫伤？不会烫伤的基本条件是什么？ 答：因为热量的传递和温度的升高需要一个过程，而表演者赤脚接触炽热木炭的时间极短，因此在这个极短的时间传递的温度有限，不足以达到令人烫伤的温度，所以不会烫伤。 基本条件：表演者接触炽热木炭的时间必须极短，以至于在这段时间所传递的热量不至于达到灼伤人的温度 周期性边界条件 周期性边界条件用来解决，物理模型和所期待的流动的流动/热解具有周期性重复的特点。FLUENT提供了两种类型的周期性边界条件。第一种类型不允许通过周期性平面具有压降（对于FLUENT4用户来说：这一类型的周期性边界是指FLUENT4中的圆柱形边界）。第二种类型允许通过平移周期性边界具有压降，它是你能够模拟完全发展的周期性流动（在FLUENT4中是周期性边界）。 本节讨论了无压降的周期性边界条件。在周期性流动和热传导一节中，完全发展的周期性模拟能力得到了详尽的描述。 周期性边界的例子 周期性边界条件用于模拟通过计算模型内的两个相反平面的流动是相同的情况。下图是周期性边界条件的典型应用。在这些例子中，通过周期性平面进入计算模型的流动和通过相反的周期性平面流出流场的流动是相同的。正如这些例子所示，周期性平面通常是成对使用的。 Figure 1: 在圆柱容器中使用周期性边界定义涡流 周期性边界的输入 对于没有任何压降的周期性边界，你只需要输入一个东西，那就是你的所模拟的几何外形是旋转性周期还是平移性周期。（对于有周期性压降的周期流还要输入其它的东西，请参阅周期性流动和热传导一节。） 旋转性周期边界是指关于旋转对称几何外形中线形成了一个包括的角度。本节中的图一就是旋转性周期。平移性周期边界是指在直线几何外形内形成周期性边界。下面两图是平移性周期边界： Figure 1: 物理区域 Figure 2: 所模拟的区域 对于周期性边界，你需要在周期性面板（下图）中指定平移性边界还是旋转性边界，该面板是从设定边界条件菜单中打开的。 Figure 3: 周期性面板 (对于耦合解算器，周期性面板中将会有附加的选项，这一选项允许你指定压力跳跃，详细内容请参阅周期性流动和热传导一节。) 如果区域是旋转性区域，请选择旋转性区域类型。如果是平移性就选择平移性区域类型。对 二维导热物体温度场的数值模拟 一、物理问题 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面尺寸如下图1-1所示，假设在垂直于纸面方向上用冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。在下列两种情况下试计算： 砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向的每米长度上通过砖墙的导热量。 第一种情况：内外壁分别均匀维持在0℃及30℃； 第二种情况：内外壁均为第三类边界条件，且已知： K m K m W h C t K m W h C t ?=?=?=?=?=∞∞/35.0/93.3,10/35.10,302 22211λ砖墙导热系数 二、数学描写 由对称的界面必是绝热面，可取左上方的四分之一墙角为研究对象，该问题为二维、稳态、无内热源的导热问题。 控制方程： 02 222=??+??y t x t 边界条件： 第一种情况： 由对称性知边界1绝热： 0=w q ； 边界2为等温边界，满足第一类边界条件： C t w ?=0； 边界3为等温边界，满足第一类边界条件： C t w ?=30。 第一种情况： 由对称性知边界1绝热： 0=w q ； 边界2为对流边界，满足第三类边界条件： )()( 2f w w w t t h n t q -=??-=λ； 边界3为对流边界，满足第三类边界条件： )()(2f w w w t t h n t q -=??-=λ。 1 -1图2 -1图 三、方程离散 用一系列与坐标轴平行的间隔0.1m 的二维网格线将温度区域划分为若干子区域，如图1-3所示。 采用热平衡法，利用傅里叶导热定律和能量守恒定律，按照以导入元体（m,n ）方向的热流量为正，列写每个节点代表的元体的代数方程， 第一种情况： 边界点： 边界1（绝热边界）： 5~2)2(4 1 1,11,12,1,m =++= +-m t t t t m m m ， 11~8)2(4 1 1,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n ， 边界2（等温内边界）： 7,16~7;7~1,6,0,=====n m n m t n m 边界3（等温外边界）： 12,16~2;12~1,1,30,=====n m n m t n m 内节点： 11 ~8,15~6;11~2,5~2)(41 1,1,,1,1,====+++= -+-+n m n m t t t t t n m n m n m n m n m 第二种情况 边界点： 边界1（绝热边界）： 5~2)2(4 1 1,11,12,1 ,m =++=+-m t t t t m m m ， 11~8)2(4 1 1,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n ， 边界2（内对流边界）： 6~1) 2(2221 11,61,6,5,6=++++= ??-+n Bi t Bi t t t t n n n n ， 3 -1图 [考试]在fluent中修改周期性边界条件中国振动联盟 标题: 在fluent中修改周期性边界条件，怎么不对啊 [打印本页] 作者: skgk-qqq 时间: 2012-2-26 09:39 标题: 在fluent中修改周期性边界 条件，怎么不对啊 我是在fluent主界面输入命令:grid mod check，然后回车，得到periodic zone[()],我再输入3，回车，shadow zonezone[()],我再输入10，回车，得到Rottional periodic,(if no,translational)[yes],然后回车，得到Create periodic zones?[yes]，然后回车，得到zone 3;matched 0 out of 10854 faces. zone 10:matched 0 out of 10854 faces. Error: Failed to make zones periodic.ERROE:object:#f.请教各位了，着急啊～～～ 作者: skgk-qqq 时间: 2012-2-26 09:51 回复 1 # skgk-qqq 的帖子 各位大哥，帮帮忙啊，着急啊 作者: Seventy721 时间: 2012-2-26 11:01 大概是因为你的两个periodic面上的网格不完全一致，导致不能match。这两 个面的几何尺寸和网格划分必须完全一致。建议划分网格之前在两个面上建立 hard link，这样网格就会完全一样了。如果还不行就调整判断网格差异的tolerance，我记得用户手册里有说明，你找找看。 作者: skgk-qqq 时间: 2012-2-26 16:15 回复 3 # Seventy721 的帖子 我已经建立了link了啊，经过网格检查，网格单元数量也是一致的，而且输 出meh文件也正确，请问怎么调整tolerance啊，着急啊 XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY Report of 'Heat Transfer'Computer Practice 二维导热物体温度场的数值模拟 作者：王健学号：09201117 学院(系)：能源与动力工程学院 专业：能源动力系统及自动化 班级：能动B93 指导教师：王秋旺 杨剑 二维导热物体温度场的数值模拟 一：物理描述 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面尺寸和示意图如图1-1所示，假设在垂直纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。在下列两种情况下试计算：（1）砖墙横截面上的温度分布；（2）垂直于纸面方向的每米长度上通过砖墙的导热量。 第一种情况：内外壁分布均匀地维持在0C ?及30C ?； 第二种情况：内外表面均为第三类边界条件，且已知： 10,3011=?=∞h C t C m W ??2/ 4,1022 =?=∞h C t C m W ??2/ 砖墙的导热系数C m W ??=/3.50λ 11h t ，∞ 1w t 2 2h t ∞ 2w t 图1-1 二：数学描述 该结构的导热问题可以作为二维问题处理，并且其截面如图1-1所示，由于对称性，仅研究其1/4部分即可。 其网络节点划分如图2-1； 上述问题为二维矩形域内的稳态、无内热源、常物性的导热问题，对于这样的物理问题，我们知道，描写其的微分方程即控制方程，就是导热微分方程： 02 222=??+??y t x t 第一类边界条件：内外壁分布均匀地维持在0C ?及30C ?； 1w t =30C ? 2w t =0C ? 第三类边界条件：内外表面均为第三类边界条件，且已知： 32.10,3011=?=∞h C t C m W ??2 / 04.4,1022=?=∞h C t C m W ??2 / 砖墙的导热系数C m W ??=/3.50λ 《传热学》上机大作业 二维导热物体温度场的数值模拟 学校：西安交通大学 姓名：张晓璐 学号:10031133 班级：能动A06 一．问题（4-23） 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。 第一种情况：内外壁分别维持在10C ?和30C ? 第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ?=101， )/(2021k m W h ?=，C t f ?=302，)/(422k m W h ?=，K m W ?=/53.0λ 二．问题分析 1.控制方程 02222=??+??y t x t 2.边界条件 所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图： 对上图所示各边界： 边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。 边界2：情况一：第一类边界条件 C t w ?=10 情况二：第三类边界条件 )()( 11f w w w t t h n t q -=??-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件 C t w ?=30 情况二：第三类边界条件 )()( 22f w w w t t h n t q -=??-=λ 三：区域离散化及公式推导 如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。 第一种情况： 内部角点： 周期边界条件 aresaran （答网友问） （1）、究竟什么是"周期性边界条件"？如何去定义它的，为什么要引入这样一个定义。 周期边界条件源于这样的问题:宏观结构的信息不足以描述问题的细节,所以引入微观结构的信息来统计物质的宏观性质。周期边界条件广泛用于molecular dynamics & micromechanics. Fig1.细观力学的RVE 代表单元 尽管目前计算机的运算速度极大提高，但是仍然不能够用于进行大规模的宏微观联合计算。 因此引入了代表单元的概念，代表单元RVE 就如同是一个打开微观世界的一个窗口，看到的只是窗户里面的东西，我们假设整个微观世界是统计均匀的，因此无限量的复制了这个窗口，就可以得到所有微观信息。当然这个代表单元有要求，如上图，宏观结构尺寸远远尺寸，但是这个达标单元的尺寸又要能 足够多的包含微观颗粒的信息，有代表性，所以要求l L >>l A <<这是个一般性定义。 （2）、"周期性边界条件" 是不是只是在处理复合材料问题时才用，而且从众位大侠的讨论中似乎让我觉得这有点像"子结构"？ Fig2. 2D or 3 D RVE 子结构和代表单元根本不在一个层次上，RVE 的建模与普通建模没什么区别，当然你想得到随机的微观结构，就需要用外部程序比如matlab 书写相应的inp 文件。 Fig3. Ref. Frederic Feyel. Multiscale elastoviscoplastic analysis of composite structures. Computational Materials Science,1999,16: 344~354 2FE 子结构模型适合多尺度计算。如图三，是一个发动机叶片，局部区域希望能够用细观微结构描述，其余结构希望是均匀材料。 这个问题的模型就可以将复合材料区域SiC/Ti 用子模型/子结构实现代表单元，子结构传递边界条件给代表单元， 实现微观和宏观的关联。 （3）、"周期性边条"是不是"旋转周期结构"里所需施加的边界条件？ 对于复合材料层合壳体结构的旋转周期结构，相当于直角坐标周期结构的球坐标变换，物理意义等同。 （4）、为什么有些"轴对称单元"也在用这个？ 因该是指对称性条件和周期性条件的关系，下面的例子会给出解释。 【1】周期边界条件的推导实例： ij 是边界上施加的的宏观应变条件 Displacement BC. j ij i i l x u y u ε+=)()( Traction BC. )()()()(x n x y n y j ij j ij σσ?= 1.固体物理教材在晶格振动、金属电子论、能带理论三个地方都用到了周期性 边界条件，试比较其异同并阐述你的理解。 周期性边界条件是边界条件的一种，反映的是如何利用边界条件替代所选部分（系统）受到周边（环境）的影响。可以看作是如果去掉周边环境，保持该系统不变应该附加的条件，也可以看作是由部分的性质来推广表达全局的性质。 周期性边界条件的引入有两个目的：在粒子的运动过程中，若有一个或几个粒子跑出模型，则必有一个或几个粒子从相反的界面回到模型中，从而保证该模拟系统的粒子数恒定；计算原子间作用力的时候采取最近镜像方法，这样模型中处于边界处的原子受力就比较全面，从而消除了边界效应。这种方法在计算机分子动力学模拟中使用非常广泛。 由此，在讨论晶格振动、金属电子论、能带理论的周期性边界条件时只是在不同的范围中周期性边界条件具体的定义、应用以及意义。 晶格振动的周期性边界条件：由N个原子组成一个模型——原子数目有限，但各原子完全等价。第j个原子的运动与第 mN+j个原子的运动情况完全一样。对于原子的自由运动，边界上的原子与其它原子一样，无时无刻不在运动，对于有N个原子原子链，硬性设定u1=0，uN=0的边界条件是不符合事实的。其实不论什么边界条件都与事实不符合，但为了求近似解，必须选取一个边界条件，晶格振动谱的实验测定是对晶格振动理论的最有力验证，周期性边界条件是晶格振动理论的前提条件。 金属电子论的周期性边界条：.金属中自由电子气应该服从量子力学规律，在保留独立电子近似和自由电子近似基础上应通过求解薛定愕方程给出电子本征态和本征能量，从而来解释金属性质。我们把自由电子气等效为在温度 T＝0K，V ＝L3的立方体内运动的 N个自由电子。独立电子近似使我们可以把 N个电子问题转换为单电子问题处理。要计算一系列想关函数都与波矢 k有关。波矢 k 的取值要由边界条件决定，边界条件的选取既要反映出电子是在有限体积中运动的特点，又要在数学上便于操作，因此，类似于晶格振动是的情况，周期性边界条件（Born-Karman边界条件）是人们通常采用的最适合的方法。 能带理论的周期性边界条件：能带论的基本出发点是认为固体中的电子不再是完全被束缚在某个原子周围，而是可以在整个固体中运动的，称之为共有化电子。但电子在运动过程中并也不像自由电子那样，完全不受任何力的作用，电子在运动过程中受到晶格原子势场和其它电子的相互作用。能带理论是基于三个基本（近似）假设：1）Born－Oppenheimer 绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关：多粒子问题→多电子问题2）Hatree－Fock平均场近似：忽略电子与电子间的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用：多电子问题→单电子问题。3）周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动问题。由于这三个基本假设，每个电子都处在完全相同的严格周期性势场中运动，因此每个电子的运动都可以单独考虑。在计算电子运动的薛定谔方程时，由于势场的周期性反映了晶格的平移对称性，可定义一个平移算符，为了确定平移算符的本征值，引入周期性边界条件。 ABAQUS旋转周期对称边界条件的设置 旋转周期对称设置包括：旋转周期对称设置，外加主面上的对称面约束，两者一起构成旋转对称的边界条件。下面所述的两种方法是仅针对旋转周期对称的设置。 两种方法： 1）修改inp文件： 找到*End Assembly，将之替换为 *TIE,CYCLIC SYMMETRY,NAME=TIE-CYCLIC Surf-Cylic-SLAVE,Surf-Cylic-MASTER ** *End Assembly ** *CYCLIC SYMMETRY MODEL,N=60 0,0,0,0,0,1 --------------------------- 上面设置中包括：主面的设置，从面的设置，模型周期的数目，以及旋转轴。因此需要建立这两个面的集合：Surf-Cylic-MASTER，Surf-Cylic-SLAVE。N=60表示有60个。0,0,0为旋转轴的起点，0,0,1为旋转轴的终点。 2）直接在前处理cae中设置 首先，建立主面和从面的集合，便于选取； 其次，为旋转轴的起点和终点建立参考点（RP），旋转轴一定要设在整个模型的旋转中心上；参考点可通过输入坐标的方式建立。注意：其他方式建立点都不可行，以下详述。 最后，输入周期的数目，本模型为整体模型的多少分之一，即输入倒数即可。 以上步骤参见下图。 【旋转轴起点和终点的建立】 1）除参考点以外其他的建点的方式不行，比如建立datum point，无法在viewport中直接选中，同样建立集合时也选不中datum point。 2）使用attachment point建立的点虽然可以直接在viewport中选中，建立集合时也可选中，但无法写入inp文件，当write inp 文件时就造成cae崩溃直接退出软件！ 总之，旋转轴的设置，直接在前处理cae界面中设置，不如直接在inp文件中修改方便！因为修改inp旋转轴只要直接给定起点和终点坐标就OK，省去先建立RP点的步骤。 【主面上设置对称面】 在边界条件中选对称面设置即可。先要建立一个柱坐标系为好。将柱坐标系的Z轴建在旋转中心上，R轴在模型两对称侧面的平分线上，T轴即自动建好为切线方向。对称边界设置时，选取之前建立的主面，方向为U2=UR1=UR3=0，此即为T轴为对称面的法线方向。 【补充说明】 对于一个具体的部件，除上述约束外，根据实际情况还需加上其他约束条件避免存在任何刚体位移的出现。如Z向（轴向）上避免刚体位移，径向上避免刚体位移。 下文算例中的详情看文末的总结。 课程编号：13SD02010340 课程名称：传热学 上课时间：2014年春季 电子元器件散热方法研究 姓名： 学号： 班级： 所在学院： 任课教师： 摘要：随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展和技术的进步，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，所以高温的 温度环境势必会影响电子元器件的性能，这就要求对其进行更加高效的热控制。因此，有 效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。本文针 对电子元器件的散热与冷却问题，综述了当前应用研究中不同的散热和冷却方法，并进行 了适当的分析。 关键词热管理; 冷却; 电子器件 近些年来,电子技术的快速发展。电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化,使得单位容积电子器件的总功率密度和发热量大幅度地增长,从而使电子器件的冷却问题 变得越来越突出。如: 大型计算机的芯片热流量已达到了60 W/ cm2,到2000 年已经超过了,目前最高已达到200 W/ cm2。特别是由于MEMS技术突飞猛进,使得电子元器件的尺寸越来越小,已经从微米量级进入到了亚微米量级。尽管随着器件或系统尺寸的减小, 消耗功率也会有所减小, 但为了完成一定的任务,可减小的余地非常有限,这使得为系统内的热流密度非 常大, 据报道可达, 远远高出航天飞行器回归地球与大气摩擦时产生的惊人的高热流密度。在微系统中可能出现的高热流密度对于电子器件是致命的, 然而使用传统的冷却技术要使 如此高的热流密度在短时间内散去几乎是不现实的; 另一方面, 电子器件工作的可靠性对 温度十分敏感, 器件温度在70～80 水平上每增加1, 可靠性就会下降5%。因而电子产品的 开发、研制中必须要充分考虑到良好的散热手段, 才能保证产品的可靠性和表观。由于电 子元器件的小型化、微型化和集成化,所采用的散热和冷却手段必须要求具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率等特点。 1 电子元器件的散热或冷却方法 电子元器件的高效散热问题与传热学、流体力学等原理的应用密切相关。电子器件散 热的目的是对电子设备的运行温度进行控制,以保证其工作的稳定性和可靠性。这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容。从应用的角度看,常用的方法主要有: 自然散热或冷却、强制散热或冷却、液体冷却、制冷方式、疏导方式、热隔离方式和PCM 温度控制方法等。 1.1 自然散热或冷却方法 自然散热或冷却方法是指不使用任何外部辅助能量的情况下,实现局部发热器件向周 围环境散热达到温度控制的目的,这其中通常都包含了导热、对流和辐射三种主要传热方式, 其中对流以自然对流方式为主。自然散热或冷却往往适用对温度控制要求不高、器件发热 的热流密度不大的低功耗器件和部件,以及密封或密集组装的器件不宜采用其它冷却技术 的情况下。有时,在对散热能力要求不高时也常常利用电子器件自身特点增强与邻近热沉的导热或辐射、通过结构设计强化自然对流,在一定程度上提高系统向环境散热能力。 传热学大作业——二维物体热传导 问题的数值解法 1.二维热传导问题的物理描述： 本次需要解决的问题是结合给定的边界条件，通过二维导热物体的数值解法，求解出某建筑物墙角稳态下的温度分布t以及单位长度壁面上的热流量φ。 1.1关于边界条件和研究对象选取的物理描述：如图所示为本次作业需要求解的 建筑物墙壁的截面。尺寸如图中所标注。 1.2由于墙角的对称性，A-A，B-B截面都是绝热面，并且由于对称性，我们只需 要研究墙角的1/4即可(图中阴影部分)。假设在垂直纸面方向上不存在热量 的传递，我们只需要对墙角进行二维问题的研究即可。 1.3 关于导热量计算截面的物理描述：本次大作业需要解决对流边界条件和等温 边界条件下两类边界条件的问题。由于对称性，我们只需研究1/4墙角外表面和内表面的导热量再乘4，即是墙壁的总导热量。 2.二维热传导问题的数学描写： 本次实验的墙角满足二维，稳态无内热源的条件，因此： 壁面内满足导热微分方程： ?2t ?x2+?2t ?y2 =0。 在绝热面处，满足边界条件： ?λ(?t ?n )=0。在对流边界处满足边界条件： ?λ?t ?n w =?(t w?t f) 3.二维热传导问题离散方程的建立： 本次作业中墙角的温度场是一个稳态的连续的场。本次作业中将1/4墙角的温度场离散化，划分成若干小的网格，每个网格的节点看成以它为中心的一个小区域的代表。 通过这些节点，采用“热平衡法”，建立起相应的离散方程，通过高斯-赛德尔迭代法，得到最终收敛的温度场，从而完成对墙角温度场的数值解。 对1/4墙角的网格划分如下： 选取步长Δx=Δy=0.1m，为了方便研究，对导热物体的网格节点进行编码，编码规则如下： x,y坐标轴的方向如图所示，x,y轴的单位长度为步长Δx,取左下角点为(1,1)点，其他点的标号为其在x,y轴上的坐标。以此进行编码，进行离散方程的建立。 建立离散方程，要对导热物体中的节点根据其边界条件进行分类（特殊节点用阴影标出）：首先以对流边界条件下的墙角为例 年度： 2011 院系： --请选择-- 建筑学院机械工程学院能源与环境学院信息科学与工程学院土木工程学院电子科学与工程学院数学系自动化学院计算机科学与工程学院物理系生物科学与医学工程学院材料科学与工程学院经济管理学院电气工程学院外国语学院体育系化学化工学院交通学院仪器科学与工程学院法学院生命科学研究院公共卫生学院医学院人文学院艺术学院建筑研究所高等教育研究所情报科学技术研究所学习科学研究中心软件学院（苏州）继续教育学院集成电路学院机关其他 专业代码、名称及研究方向人数考试科目备注 001 建筑学院(83795761) 050403 美术学 01 室内设计 02 景观设计 03 公共艺术 04 美术创作与理论 05 美术史及理论 150 ①101 思想政治理论②201 英语一或 203 日语③712 中外美术史及理论④502 设计表现（6小时）图板、图纸及绘图工具等自备，不招收同等学力考生 复试科目:512 环境艺术设计（快题） 081301 建筑历史与理论 01 中国古代建筑史和园林研究 02 东方建筑研究 03 现代建筑理论与外国建筑史研究 04 中国近现代建筑研究 101 思想政治理论②201 英语一或 203 日语③713 中外建筑与城市建设史注：713 中外建筑与城市建设史《中国建筑史》（第五版）潘谷西，中国建筑工业出版社；《外国建筑史》（19世纪以前）陈志华，中国建筑工业出版社；《外国近现代建筑史》，同济、清华、东大、天大合编，中国建筑工业出版社；《中国城市建设史》董鉴鸿，中国建筑工业出版社；《中国古代建筑史》（多卷集），中国建筑工业出版社；《外国城市建设史》沈玉麟，中国建筑工业出版社；《城市规划原理》(第三版），中国建筑工业出版社 ④503 建筑设计基础（快题，6小时） 复试科目:513 建筑历史与理论 081302 建筑设计及其理论 01 城市设计理论与方法 02 公共建筑设计理论与方法 03 居住建筑设计理论与方法 04 节能与生态建筑设计理论与方法 ①101 思想政治理论②201 英语一或 203 日语③713 中外建筑与城市建设史④503 建筑设计基础（快题，6小时） 复试科目:515 建筑设计(快题) 081303 城市规划与设计 01 城乡规划理论与方法 02 城市化与城乡空间发展 03 城市设计理论与方法 04 城乡规划技术与方法 ①101 思想政治理论②201 英语一或 203 日语③713 中外建筑与城市建设史④503 建筑设计基础（快题，6小时） 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 V J K L 热水入口混合后出口冷水入口3CM 20CM 2.2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。 3.换热器部流动与换热的仿真计算 3.1对网格进行处理 1）以二维单精度方式启动Fluent，读入网格文件mixowwang.msh，这样就完成了网格文件的输入操作。 2）选择Grid中Check,对网格进行检查，网格检查列出了x,y的最小值和最大值，也报告出了网格的其它特性，如单元的最大体积，最小体积，最大面积与最小面积等，同时网格检查还会报告有关网格的任何错误，若存在错误，fluent 将无法进行计算。 3）平滑网格。对网格进行平滑操作，可进一步确保网格质量。传热学数值计算大作业2014011673
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