维导热物体温度场的数值模拟

传热大作业二维导热物体温度场的数值模拟（等温边界条件）姓名：班级：学号：墙角稳态导热数值模拟（等温条件）一、物理问题有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气空道，其截面尺寸如下图所示，假设在垂直于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。

外矩形长为3.0m ，宽为2.2m ；内矩形长为2.0m ，宽为1.2m 。

第一种情况：内外壁分别均匀地维持在0℃及30℃；第二种情况：内外表面均为第三类边界条件，且已知：外壁：30℃ ，h1=10W/m2·℃,内壁：10℃ ，h2= 4 W/m2·℃砖墙的导热系数λ=0.53 W/m ·℃由于对称性，仅研究1/4部分即可。

二、数学描写对于二维稳态导热问题，描写物体温度分布的微分方程为拉普拉斯方程 02222=∂∂+∂∂y t x t这是描写实验情景的控制方程。

三、方程离散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确定温度值的空间位置，即节点。

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。

由于对称性，仅研究1/4部分即可。

依照实验时得点划分网格：建立节点物理量的代数方程对于内部节点，由∆x=∆y ，有 )(411,1,,1,1,-+-++++=n m n m n m n m n m t t t t t由于本实验为恒壁温，不涉及对流，故内角点，边界点代数方程与该式相同。

设立迭代初场，求解代数方程组。

图中，除边界上各节点温度为已知且不变外，其余各节点均需建立类似3中的离散方程，构成一个封闭的代数方程组。

以C t 000=为场的初始温度，代入方程组迭代，直至相邻两次内外传热值之差小于0.01，认为已达到迭代收敛。

四、编程及结果1) 源程序#include <stdio.h>#include <math.h>int main(){int k=0,n=0;double t[16][12]={0},s[16][12]={0}; double epsilon=0.001;double lambda=0.53,error=0; double daore_in=0,daore_out=0,daore=0; FILE *fp;fp=fopen("data3","w");for(int i=0;i<=15;i++)for(int j=0;j<=11;j++){if((i==0) || (j==0)) s[i][j]=30;if(i==5)if(j>=5 && j<=11) s[i][j]=0;if(j==5)if(i>=5 && i<=15) s[i][j]=0;}for(int i=0;i<=15;i++)for(int j=0;j<=11;j++)t[i][j]=s[i][j];n=1;while(n>0){n=0;for(int j=1;j<=4;j++)t[15][j]=0.25*(2*t[14][j]+t[15][j-1]+t[15][j+1]);for(int i=1;i<=4;i++)t[i][11]=0.25*(2*t[i][10]+t[i-1][11]+t[i+1][11]);for(int i=1;i<=14;i++)for(int j=1;j<=4;j++)t[i][j]=0.25*(t[i+1][j]+t[i-1][j]+t[i][j+1]+t[i][j-1]);for(int i=1;i<=4;i++)for(int j=5;j<=10;j++)t[i][j]=0.25*(t[i+1][j]+t[i-1][j]+t[i][j+1]+t[i][j-1]);for(int i=0;i<=15;i++)for(int j=0;j<=11;j++)if(fabs(t[i][j]-s[i][j])>epsilon)n++;for(int i=0;i<=15;i++)for(int j=0;j<=11;j++)s[i][j]=t[i][j];k++;//printf("%d\n",k);}for(int j=0;j<=5;j++){ for(int i=0;i<=15;i++){ printf("%4.1f ",t[i][j]);fprintf(fp,"%4.1f ",t[i][j]);}printf("\n");fprintf(fp,"\n");}for(int j=6;j<=11;j++){ for(int i=0;i<=5;i++){ printf("%4.1f ",t[i][j]);fprintf(fp,"%4.1f ",t[i][j]);}fprintf(fp,"\n");printf("\n");}for(int i=1;i<=14;i++)daore_out+=(30-t[i][1]);for(int j=1;j<=10;j++)daore_out+=(30-t[1][j]);daore_out=4*(lambda*(daore_out+0.5*(30-t[1][11])+0.5*(30-t[15][1])));for(int i=5;i<=14;i++)daore_in+=t[i][4];for(int j=5;j<=10;j++)daore_in+=t[4][j];daore_in=4*(lambda*(daore_in+0.5*t[4][11]+0.5*t[15][4]));error=abs(daore_out-daore_in)/(0.5*(daore_in+daore_out));daore=(daore_in+daore_out)*0.5;printf("k=%d\n内墙导热=%f\n外墙导热=%f\n平均值=%f\n偏差=%f\n",k,daore_in,daore_out,daore,error);}2)结果截图七．总结与讨论1.由实验结果可知：等温边界下，数值解法计算结果与“二维导热物体温度场的电模拟实验“结果相似，虽然存在一定的偏差，但由于点模拟实验存在误差，而且数值解法也不可能得出温度真实值，同样存在偏差，但这并不是说数值解法没有可行性，相反，由于计算结果与电模拟实验结果极为相似，恰恰说明数值解法分析问题的可行性。

维导热物体温度场的数值模拟Urwvorwty of 帥©fix T KhzIogy Beijing金属凝固过程计算机模拟题目二维导热物体温度场的数值模拟Solidworks十字接头的传热分析作者：张杰学号：S2*******学院：北京有色金属研究总院专业：材料科学与工程成绩：2015年12月二维导热物体温度场的数值模拟图1二维均质物体的网格划分用有限差分法模拟二维导热物体的温度场，首先将二维物体划分为如图1所示的网格，x 与y 可以是不变的常量，即等步长,也可以是变量（即在区域内 的不同处是不同的），即变步长？如果区域内各点处的温度梯度相差很大，则在温度 变化剧烈处，网格布得密些，在温度变化不剧烈处，网格布得疏些？至于网格多少，步长取多少为宜，要根据计算精度与计算工作量等因素而定 ？在有限的区域内，将二维不稳定导热方程式应用于节点（i , j ）可写成:2T 2T ,jP十P 1 十PT T，j T.i ，j5工i ,j x 2i ，j当 时，即x 、PTx i . i ,jP PP T i 1 ,j 2T ,jTi 1 ,j2T P T Pi , j i ,j 1 2yy 较小时，忽略（）、x)2y)2x)2、2y ）项。

当X yx 、 y 方向网格划分步长相等？最后得到节点U ，j)的差分方程:T P 1T P匚 T PT P T P T P 4T P1 i ,jT i ,jF 0T i 1 ,jT i 1, j 1 i ,j 1 T i ,j 1 4l i ,j式中：F o 2C p x假设边界为对流和辐射边界，对流用以下公式计算:P 1 P P PPPT i , j T i , j F 0 2T i 1 ,j T i ,j 1 T i ,j 1 4T i ,jMATLAB 编程模拟表1计算机模拟参数在MATLAB 中编程求解，程序如下： clc; clear; format lo ng %%参数输入moni_canshu=xlsread 模拟参数输入.xlsx',1,'B2:B11'); %读取exceI 中的模拟参数 s=moni_canshu(1);%几何尺寸,m t0=moni_can shu(2);% 初始温度，°C tf=mo ni_can shu(3); % 辐射(空气)边界，C rou=mon i_ca nshu(4);% 密度,kg/m3 lamda=moni_canshu(5);%导热系数,w/(m C ) Cp=moni_can shu(6);% 比热,J/(kg C )n=moni_canshu(7);%工件节点数，个 <1000 dt=60*mo ni_can shu(8); % 时间步长，min to s m=moni_canshu(9);%时间步数，个 <100 dx=s/( n-1);% 计算 dx f0=lamda*dt/(rou*Cp*dx*dx); %计算f0 %%初始参数矩阵，初始温度 for iii=1: n for jjj=1: n Told(iii,jjj)=t0; end endTold(1,:)=tf; Told( n,:)=tf; Told(:,1)=tf; Told(:, n)=tf; %%写文件表头xlswrite('data.xlsx',{['坐标位置']}, 'sheet1：'A1'); asc=97; for ii=1: nbiaotou 仁{['第'nu m2str(ii)'点']};a cT fT j , jC p xasc=asc+1;xlswrite('data.xlsx',biaotou1:sheet1:[char(asc) '1']);xlswrite('data.xlsx',biaotou1:sheet1：['A' num2str(ii+1)]);end%%模拟运算for jj=1:2copyfile('data.xlsx：'data1.xlsx)Tn ew(1：1: n)=tf;Tn ew( n：1: n)=tf;Tn ew(1: n：1)=tf;Tn ew(1: n：n )=tf;for i=2: n-1for j=2: n-1Tn ew(i：j)=Told(i：j)+fO*(Told(i-1：j)-4*Told(i：j)+Told(i+1：j)+Told(i：j- 1)+Told(i：j+1));endendTold=T new;pcolor(Told);% 绘图shad ingin terpcolormap(jet)pause(O.I)saveas(gcf：[第' num2str(jj*0.1) 's温度图像.jpg']);xlswrite('data1.xlsx',Told,'sheet1：'B2');copyfile('data1.xlsx：['第'num2str(jj*0.1) 's数据.xlsx']) delete(datal.xlsx);end模拟结果:251010 15 20 25图3模拟物体的温度分布25201 J5 10 15 20 25图2模拟物体的温度等高线图和温度梯度分布图。

传热大作业二维导热物体温度场的数值模拟（等温边界条件）姓名：班级：学号:墙角稳态导热数值模拟（等温条件）一、物理问题有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气空道，其截面尺寸如下图所示，假设在垂直于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。

外矩形长为3.0m ，宽为2。

2m ；内矩形长为2。

0m,宽为1.2m 。

第一种情况:内外壁分别均匀地维持在0℃及30℃；第二种情况：内外表面均为第三类边界条件，且已知：外壁:30℃ ,h1=10W/m2·℃,内壁：10℃ ，h2= 4 W/m2·℃砖墙的导热系数λ=0.53 W/m ·℃由于对称性，仅研究1/4部分即可。

二、数学描写对于二维稳态导热问题，描写物体温度分布的微分方程为拉普拉斯方程 02222=∂∂+∂∂y t x t这是描写实验情景的控制方程。

三、方程离散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确定温度值的空间位置，即节点.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。

由于对称性，仅研究1/4部分即可.依照实验时得点划分网格：建立节点物理量的代数方程对于内部节点，由∆x=∆y ，有 )(411,1,,1,1,-+-++++=n m n m n m n m n m t t t t t由于本实验为恒壁温，不涉及对流，故内角点,边界点代数方程与该式相同。

设立迭代初场，求解代数方程组。

图中，除边界上各节点温度为已知且不变外，其余各节点均需建立类似3中的离散方程，构成一个封闭的代数方程组。

以C t 000=为场的初始温度，代入方程组迭代，直至相邻两次内外传热值之差小于0。

01,认为已达到迭代收敛。

四、编程及结果1) 源程序＃include 〈stdio 。

h 〉＃include 〈math 。

温度场分布仿真计算方法温度场分布仿真计算方法温度场分布仿真计算方法是一种通过数值模拟和计算机仿真来预测和分析温度分布的方法。

它在工程设计、热力学研究和环境保护等领域中得到广泛应用。

本文将介绍温度场分布仿真计算方法的基本原理和常用技术。

温度场分布仿真计算方法的基本原理是建立一套数学模型来描述温度场的变化规律，并通过计算机程序对模型进行求解和模拟。

根据具体问题的需求和实际情况，可以选择不同的数学模型和计算方法。

常见的数学模型包括传热方程、能量守恒方程和流体动力学方程等。

计算方法主要包括有限差分法、有限元法和边界元法等。

有限差分法是最常用的一种计算方法。

它将温度场划分为若干个网格点，并通过计算相邻网格点之间的温度差来近似描述温度场的变化。

有限差分法的优点是计算简单，适用于各种尺度和几何形状的问题。

但是，它需要较密集的网格划分，以获得较精确的结果。

有限元法是一种更精确的计算方法。

它将温度场划分为若干个有限元素，通过求解每个元素上的温度分布来近似描述整个温度场。

有限元法的优点是可以灵活地处理复杂的几何形状和边界条件。

但是，它需要对模型进行离散化处理，计算量较大。

边界元法是一种特殊的计算方法。

它通过求解温度场的边界值来推导出整个温度场的分布。

边界元法的优点是计算量较小，适用于二维和三维问题。

但是，它对边界条件的要求较高，需要较精确的输入数据。

除了上述常用的计算方法外，还有一些其他的技术和方法可以用于温度场分布仿真计算，如Monte Carlo方法、遗传算法和人工神经网络等。

这些方法可以根据具体问题的需求进行选择和组合，以获得更准确和可靠的结果。

综上所述，温度场分布仿真计算方法是一种重要的工程分析工具。

它通过数值模拟和计算机仿真来预测和分析温度场的分布规律，为工程设计和科学研究提供了有力的支持。

随着计算机技术的不断发展和进步，温度场分布仿真计算方法将更加精确和高效，为解决实际问题提供更好的解决方案。

二维导热物体温度场的计算机模拟实验一、实验目的(1)学习电、热类比的原理及边界条件的处理；(2)通过计算机编程的方式求出墙角导热的离散温度场。

二、实验原理二维稳态过程，导热方程为∂2t ðx2+∂2tðy2=0二维稳态导热内部节点的差分方程为t i+1,j+t i−1,j+t i,j+1+t i,j−1−4t i,j=0于是内部节点的迭代计算式为t i,j=t i+1,j+t i−1,j+t i,j+1+t i,j−14对于恒温边界条件，除了绝热边界时使用对称性外，只使用上面一个迭代计算式即可。

但是对于对流边界，边界上的点，按位置分为内角点、外角点和平直边界，按类型分为对流边界、绝热边界，计算步骤相比恒温边界下更为复杂。

按位置：a)内角点：4个方向均有导热热流，有dx2+dy2面积的对流换热b)外角点：2个方向有导热，有dx2+dy2面积的对流换热c)平直边界：3个方向有导热，有dx或dy面积的对流换热按类型：a)绝热边界：该点的绝热一侧没有热流量，基尔霍夫定律中，此方向的热流量代入0计算b)对流边界：该点该方向的对流换热量由牛顿冷却公式q=hA(t∞−t i,j)计算得出综上所述：对流边界下的差分方程为：Φi−1,j+Φi+1,j+Φi,j−1+Φi,j+1+Φ对流=0其中，Φi−1,j,Φi+1,j,Φi,j−1,Φi,j+1为导热量，q对流为对流边界换热量。

Φi−1,j=λA(t i−1,j−t i,j)dx，Φ对流=ℎA(t∞−t i,j)。

代入所有q的计算式，可解得t i,j=∑λA k t kdxk+ℎ对流A对流t∞∑λA kdxk+ℎ对流A对流注意：a)k为实际参与导热的几个方向，对于内角点有4项，外角点有2项，平直边界有3项，绝热边界还要去掉这一方向的那一项b)A k的值根据实际位置确定，内角点得两个方向为0.5dx两个方向为1dx,外角点的两实验名称个方向均为0.5dx，平直边界有两个0.5dx和一个1dxc)内外测流体的ℎ不相等，对流面积为该网格实际与流体接触的面积角点为0.5dx，平直边界为1dx。

稳态与非稳态热传导问题的数值模拟热传导是物体中热量传输的过程，它在生产和生活中都具有非常重要的作用。

热传导的过程中，热量从高温区向低温区传播，同时产生热流。

在工程领域中，热传导的过程常常需要进行数值模拟，以便更好地预测材料的热传导过程。

在本文中，我们将探讨稳态与非稳态热传导问题的数值模拟方法及其应用。

1. 稳态热传导问题稳态热传导问题是指物体中温度分布随时间不发生变化，也就是说，热量在物体内部没有积累或损失。

这类问题通常使用拉普拉斯方程来描述，即：∇·(k∇T) = 0其中，T 是温度分布，k 是热传导系数。

由于热传导系数一般取决于温度，因此需要使用一定的迭代方法，如高斯-赛德尔迭代法、雅可比迭代法等等，来求解该方程。

在实际的工程领域中，稳态热传导的数值模拟运用非常广泛。

例如，汽车发动机的温度控制和机械零件的热稳定性分析等都需要进行稳态热传导模拟，以保证工艺和质量。

2. 非稳态热传导问题非稳态热传导问题是指物体中温度分布随时间发生变化的情况。

这类问题与时间和空间有关，需要使用偏微分方程来描述。

例如，常见的热传导方程为：∂T/∂t = α∇²T + Q其中，α 为热扩散系数，Q 为热源。

解决该方程需要使用数值方法，如有限元方法、有限差分法等等。

非稳态热传导问题的数值模拟应用广泛，例如，液体储罐中液体的温度变化、电子设备散热分析等。

在高温环境下，热量的传递通常是非稳态的，因此该类问题的数值模拟更为常见。

3. 数值模拟方法无论是稳态还是非稳态热传导问题，数值模拟都需要使用适当的方法来求解热传导方程。

下面介绍两种常用的数值模拟方法。

（1）有限元方法有限元方法是一种非常常用的数值计算方法，在热传导问题中也得到了广泛应用。

该方法将连续的物理量离散成一组有限的基函数，再用这些基函数对问题进行近似求解，从而得到数值解。

有限元方法的基本思想是将区域分割成有限数量的小元素，每个小元素可以用一组简单的函数来描述，这些函数称为形函数。

热处理过程中温度场的数值模拟及分析热处理是一种常用的金属加工工艺，通过控制金属材料的加热与冷却过程，可以改变金属材料的组织结构和性能。

温度场是热处理过程中重要的参数之一，直接影响着金属材料的组织和性能的形成与变化。

因此，准确地模拟和分析热处理过程中的温度场对于优化工艺、改善产品质量具有重要意义。

数值模拟是研究温度场的有效方法之一。

它基于数学模型和计算方法，通过计算机的数值计算来获得温度场的分布情况。

在热处理过程中，温度场的分布受到多个因素的影响，如加热功率、材料热导率、热辐射、对流散热等。

数值模拟通过建立数学模型，考虑这些因素，并进行相应的计算，可以得到较为准确的温度场分布。

首先，进行数值模拟需要选择适当的数学模型。

在热处理过程中，常用的模型有热传导方程、能量方程等。

热传导方程是研究物体内部温度分布的基本方程，它考虑了热传导过程中的温度梯度对热流的影响。

能量方程则是考虑了热源与物体之间的热交换过程，可以更全面地描述温度场的变化。

其次，进行数值模拟需要确定边界条件。

边界条件是指在模拟过程中与外界接触的部分，它对于温度场的分布起着重要的影响。

常见的边界条件有热流、热辐射和对流散热等。

热流边界条件是指物体表面受到的外部热量输入或输出，热辐射边界条件是指物体表面受到的辐射热量，而对流散热边界条件则是指物体与周围介质间的热交换。

然后，进行数值模拟需要进行网格剖分。

网格剖分是将模拟区域分成小的单元，用于离散方程和计算。

在温度场的数值模拟中，常用的网格剖分方法有结构化网格和非结构化网格。

结构化网格是指将模拟区域划分为规则的矩形或立方体单元，易于计算和分析。

非结构化网格则是将模拟区域划分为任意形状的单元，适用于复杂几何形状和不均匀材料性质的模拟。

最后，进行数值模拟需要选择合适的求解方法。

在热处理过程中，常用的求解方法有有限差分法、有限元法和边界元法等。

有限差分法是基于差分逼近的一种方法，将参与方程离散化成代数方程，并通过迭代计算得到数值解。

5 热传导问题的数值方法5.1一维稳态导热一维稳态导热在直角坐标系下的控制方程可表示为：0)(=+s dxdT k dx d (5-1) 式中k 为导热系数，T 是温度，s 是单位容积的热产生率。

首先选定控制体和网格，如图5.1所示，并对方程（5-1）在所选定的控制体进行积分，即得：0)()(=+-⎰dx s dxdTk dx dT k e w w e (5-2)图5.1 控制体和网格然后进行离散化。

如果用分线段性分布来计算方程（5-2）中的微商dxdT，那么最终的方程为:0)()()()(=∆+---x s x T T k x T T k wW P w e P E e δδ (5-3)假设源项s 在任一控制体中之值可以表示为温度的线性函数，即P P c T s s s +=，则导出的离散化方程为：b T a T a T a W W E E P P ++= (5-4)式中x s b xs a a a x k a x k a c P W E P w wW ee E ∆=∆-+=δ=δ=)()( (5-5) 式(5-4)就是一维稳态导热方程的离散形式，系数a E 和a W 分别代表了节点P 与E 间及W 与P 间导热阻力的倒数，它们的大小反映了节点W 和E 处的温度对P 点的影响程度。

式中的k e 和k w 是控制容积中的e 和w 界面上的当量导热系数。

进行计算时，物理参数值存储在节点的位置上。

为了确定k e 和k w ，还需规定由节点上的物理量来计算相应界面上的量的方法。

常用的方法由两种，即算术平均法与调和平均法。

1、算术平均法假定k 与x 呈线性关系，由P 与E 点的导数系数确定e k 的公式为：eeE e e P e x x k x x k k )()()()(δδ+δδ=-+ （5-6）2、调和平均法利用传热学的基本公式可以导出确定界面上当量导热系数的调和平均公式。

控制容积中P 和E 的导热系数不相等，但界面上热流密度应该连续，则由Fourier 定律可得：()()()()EePePE EeeE PePe e k x k x T T k x T T k x T T q +-+-δ+δ-=δ-=δ-=（5-7）而()Pe PE e k x T T q δ-=则()()()Ee Pe eek x k x k x +-+=δδδ （5-8）这就是确定界面上当量导热系数的调和平均公式，它反映了串联过程热阻的迭加原则。

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：Km K m W h C t Km W h C t ∙=∙=︒=∙=︒=∞∞/35.0/93.3,10/35.10,30222211λ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：02222=∂∂+∂∂y tx 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；1-1图2-1图边界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 tq -=∂∂-=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 ntq -=∂∂-=λ。

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(411,11,12,1,m =++=+-m t t t t m m m ， 11~8)2(411,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n，3-1图边界2（等温内边界）： 7,16~7;7~1,6,0,=====n m n m t nm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)(411,1,,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(411,11,12,1,m =++=+-m t t t t m m m ， 11~8)2(411,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n ，边界2（内对流边界）：6~1)2(222111,61,6,5,6=++++=∆∆-+n Bi t Bi t t t t n n n n ，16~7)2(2221117,17,18,7,=++++=∆∆-+m Bi t Bi t t t t m m m m ，边界3（外对流边界）：11~1)2(2222221,11,1,2,1=++++=∆∆-+n Bi t Bi t t t t n n n n，16~2)2(22222212,112,111,12,=++++=∆∆-+m Bi t Bi t t t t m m m m ，内角点： )3(22)(21116,67,78,67,57,6+++++=∆∆Bi t Bi t t t t t外角点：)1(222211,112,212,1+++=∆∆Bi t Bi t t t内节点：11~8,15~6;11~2,5~2);(411,1,,1,1,====+++=-+-+n m n m t t t t t n m n m n m n m n m（10,22121==∆=∞∆t t xh Bi λ；30,21212==∆=∞∆t t xh Bi λ）四、编程思路及流程图编程思路为设定两个二维数组t(i,j)、ta(i,j)分别表示本次迭代和上次迭代各节点的温度值，iter （实际编程时并未按照此名称来命名迭代步长）表示迭代进行的次数, 1Q 、2Q 分别表示外边界、内边界的散热量。

二维导热物体温度场的数值模拟班级：建环11姓名：谢庄璞学号：2110701017物理问题：一个长方形截面的冷空气通道的尺寸如图1所示。

假设在垂直于纸面的方向上冷空气及通道墙壁的温度变化很小，可以忽略。

试用数值方法计算下列两种情况下通道壁面中的温度分布及每米长度上通过壁面的冷量损失：（1）.内、外壁分别维持在0摄氏度及30摄氏度；（2）.内、外壁与流体发生对流传热，且已知：（由于本人实验做的是对流边界条件，专门编写了第三类的程序，第一类边界条件参考的是别人的程序，节点设计有所不同）T1=30,h1=10(实验值是10.34)T2=10,h2=4（实验值是3.93）(图1）（图2）分析问题：因为截面材料均匀，且边界条件对称，故截面上的温度分布也对称，可去1/4的截面如图2，本题采用数值法求解，将截面上的点进行划分，如图3所示，网格的交点为所选取的节点。

图30.53程序内容：（1）PROGRAM MAINIMPLICIT NONEINTEGER::I,J,KREAL::V=0.53,TF1=10,TF2=30REAL::M1=0,M2=0,N1=0,N2=0,Q1=0,Q2=0REAL::T(16,12)=0 !初设节点温度均为0摄氏度!设置内壁温度为10摄氏度DO I=6,16T(I,6)=TF1END DODO J=6,12T(6,J)=TF1END DO!设置外壁温度为30摄氏度T(I,1)=TF2END DODO J=1,12T(1,J)=TF2END DO!设置其他节点DO K=1,1000!设置内部节点DO I=2,5DO J=2,11T(I,J)=(T(I-1,J)+T(I+1,J)+T(I,J-1)+T(I,J+1))/4 END DOEND DODO I=6,15DO J=2,5T(I,J)=(T(I-1,J)+T(I+1,J)+T(I,J-1)+T(I,J+1))/4 END DOEND DO!设置对称线上的节点DO J=2,5T(16,J)=(2*T(15,J)+T(16,J-1)+T(16,J+1))/4END DODO I=2,5T(I,12)=(2*T(I,11)+T(I-1,12)+T(I+1,12))/4END DOEND DODO I=1,16DO J=1,12WRITE(*,*)I,J,T(I,J)OPEN(1,FILE='T01.txt')WRITE(1,*)T(I,J)END DOEND DODO J=6,11M1=M1+V*(T(5,J)-T(6,J))END DOM2=M2+V*(T(I,5)-T(I,6))END DOQ1=0.5*V*(T(5,12)-T(6,12))+0.5*V*(T(16,5)-T(16,6))+M1+M2 !内壁面能放出的热量DO J=2,11N1=N1+V*(T(1,J)-T(2,J))END DODO I=2,15N2=N2+V*(T(I,1)-T(I,2))END DOQ2=0.5*V*(T(1,12)-T(2,12))+0.5*V*(T(16,1)-T(16,2))+N1+N2 !外壁面能吸收的热量WRITE(*,*)"Q1=",Q1,"Q2=",Q2,"冷量损失为：",(Q1+Q2)/2END PROGRAM MAIN（2）program mainimplicit nonereal h1,h2,lenda,tf1,tf2real t(16,12)integer i,j,xh1=10.34h2=3.93lenda=0.53tf1=30tf2=10h1=h1/10 !注：由于下面未算节点长度，在次进行修正h2=h2/10open(01,file='CH.dat')!zhengti fu chuzhido j=1,12,1do i=1,16,1t(i,j)=10end doend dodo x=1,1000000do j=2,11,1!dui yu di 1 lie j cong 2 dao 11------------------------------------------------------1t(1,j)=1./(h1+2*lenda)*(h1*tf1+lenda/2*t(1,j+1)+lenda/2*t(1,j-1)+lenda*t(2,j)) end do!dui yu wai jiao dian t(1,12)---------------------------------------------------------2t(1,12)=1./(h1+lenda)*(h1*tf1+lenda/2*(t(2,12)+t(1,11)))do i=2,15,1!dui yu di 12 hang i cong 2 dao 15----------------------------------------------------3t(i,12)=1./(h1+2*lenda)*(lenda/2*(t(i-1,12)+t(i+1,12))+lenda*t(i,11)+h1*tf1) end dodo i=7,15,1!dui yu di 7 hang i cong 7 dao 15-----------------------------------------------------4t(i,7)=1./(h2+2*lenda)*(lenda*t(i,8)+lenda/2*(t(i-1,7)+t(i+1,7))+h2*tf2)end dodo j=2,6,1!dui yu di 6 lie j cong 2 dao 6-------------------------------------------------------5t(6,j)=1./(h2+2*lenda)*(lenda*t(5,j)+lenda/2*(t(6,j+1)+t(6,j-1))+h2*tf2)end do!dui yu nei jiao dian t(6,7)----------------------------------------------------------6t(6,7)=1./(3*lenda+h2)*(lenda*(t(6,8)+t(5,7))+lenda/2*(t(7,7)+t(6,6))+h2*tf2)do i=2,5,1!dui yu di 1 hang i cong 2 dao 5------------------------------------------------------7t(i,1)=1./4*(t(i-1,1)+t(i,2)+t(i+1,1)+t(i,2))end dodo j=8,11,1!duiyu di 16 lie j cong 8 dao11------------------------------------------------------8t(16,j)=1./4*(t(15,j)+t(15,j)+t(16,j+1)+t(16,j-1))end do!dui yu jiedian t(1,1)----------------------------------------------------------------9t(1,1)=1./(2*lenda+h1)*(lenda*(t(2,1)+t(1,2))+h1*tf1)!duiyu jiedian t(6,1)-----------------------------------------------------------------10t(6,1)=1./(2*lenda+h2)*(lenda*(t(6,2)+t(5,1))+h2*tf2)!duiyu jiedian t(16,7)----------------------------------------------------------------11t(16,7)=1./(2*lenda+h2)*(lenda*(t(16,8)+t(15,7))+h2*tf2)!dui yu jiedian t(16,12)--------------------------------------------------------------12t(16,12)=1./(2*lenda+h1)*(lenda*(t(16,11)+t(15,12))+h1*tf1)do j=2,7,1do i=2,5,1!dui yu niebujiedian------------------------------------------------------------------1 3t(i,j)=1./4*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j+1)+t(i,j-1))end doend dodo j=8,11,1do i=2,15,1!dui yu niebujiedian------------------------------------------------------------------1 4t(i,j)=1./4*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j+1)+t(i,j-1))end doend doend doprint*,tdo j=1,12do i=1,16write(01,*) i,j,t(i,j)1 !用于导出数据方便作图end doend doclose(01)do i=2,11q1=q1+10.34*0.1*(30-t(1,i)) end doq1=q1+10.34*0.05*(30-t(1,1)) do i=2,15q1=q1+10.34*0.1*(30-t(i,12)) end doq1=q1+10.34*0.05*(30-t(16,12)) q1=q1+10.34*0.1*(30-t(1,12)) print*,q1do i=2,6q2=q2+3.93*0.1*(t(6,i)-10)end dodo i=7,15q2=q2+3.93*0.1*(t(i,7)-10)end doq2=q2+3.93*0.1*(t(6,7)-10)q2=q2+3.93*0.05*(t(6,1)-10)q2=q2+3.93*0.05*(t(16,7)-10) print*,q2q=(q1+q2)/2print*,qEndprogram由于有4个部分，所以总热量是q=28.24457*4=112.97828 w编程思路：对整个区域进行节点离散化，写出各个节点与周围节点的关系式，然后进行迭代，直到前后两次算出来的结果相差符合误差要求为止（本实验中循环次数足够多后数值基本不变，故没有设计判断的部分）。

材料数值模拟——温度场模拟材料数值模拟是利用计算机技术对材料的性质进行模拟和预测的方法之一、在材料科学领域，温度场模拟是一种非常重要的数值模拟方法，可以通过对材料的热传导过程进行数值计算，来预测材料的温度分布和温度变化情况。

本文将对温度场模拟进行详细介绍。

首先，温度场模拟是基于热传导方程进行计算的。

热传导方程描述了热量在材料中的传递过程，其一般形式可以写作：∂T/∂t=∇(k∇T)+Q，其中T表示温度，t表示时间，∇表示温度梯度，k表示热导率，Q表示体积热源项。

这个方程可以用来计算材料内部不同位置的温度分布，以及随着时间推移的温度变化。

在进行温度场模拟之前，首先需要确定模型的边界条件。

边界条件包括材料的初始温度分布和外部环境对材料的热辐射和对流散热等影响。

通过对边界条件的设定，可以更准确地模拟实际情况下的温度场。

其次，进行温度场模拟时，需要确定材料的热物理参数。

热物理参数包括热导率、比热容和密度等物性参数。

这些参数是计算热传导方程中的关键参数，对于模拟结果的准确性和可靠性有着重要的影响。

进行温度场模拟的关键步骤是将热传导方程离散化，并通过数值解法求解离散化后的方程。

提供了一种常用的数值求解方法，有限差分法。

有限差分法将连续的热传导方程离散化为差分方程，然后通过迭代计算得到温度场的数值解。

有限差分法不仅适用于简单的几何形状和边界条件，还可以通过适当的扩展和修正来处理复杂的几何形状和边界条件。

此外，为了提高温度场模拟的精度和效率，还可以采用一些优化方法和近似技术。

例如，可以使用自适应网格技术来调整网格的密度，使得在温度变化明显的区域网格更加细化，在温度变化缓慢的区域网格更加稀疏。

还可以使用多重网格方法和并行计算技术来加速计算过程，提高模拟效率。

最后，进行温度场模拟后，可以通过可视化技术将模拟结果以图像或动画的形式展示出来。

这样可以直观地观察温度分布和变化情况，揭示材料内部的热传导过程，并对实际系统的性能进行预测和优化。

基于数值模拟的热处理温度场分析与优化热处理是一种常见的材料加工工艺，通过控制材料的加热和冷却过程，改变材料的组织结构和性能。

在热处理过程中，温度场的分布对材料的性能具有重要影响。

因此，通过数值模拟对热处理温度场进行分析与优化，可以为热处理工艺的设计和优化提供指导。

热处理的过程包括加热、保温和冷却三个阶段。

在加热阶段，材料被加热至特定温度，以使其达到所需的组织和性能状态。

在保温阶段，材料在一定温度下保持一段时间，以实现组织的均匀化和相变的完成。

在冷却阶段，材料经过特定的冷却方式，使其达到所需的硬化状态。

数值模拟是一种通过数学建模和计算方法来分析和预测物理现象的技术。

在热处理温度场的分析中，数值模拟可以帮助我们了解材料在加热和冷却过程中的温度分布情况，并通过优化参数和工艺，提高热处理效果和材料性能。

首先，通过数值模拟可以确定热处理过程中的温度场分布。

根据材料的性质和热处理工艺的要求，可以建立包括热传导、热辐射和对流换热等物理过程的数学模型，并利用求解对应的方程来模拟和计算温度场的分布。

其次，通过数值模拟可以优化热处理工艺的参数。

对于不同的材料和要求，热处理温度和时间等参数的选择会影响到最终的材料性能。

借助数值模拟，我们可以模拟不同参数下的温度场变化，并通过分析模拟结果，选择最佳的热处理参数，以达到期望的材料性能。

此外，数值模拟还可以帮助我们预测和解决热处理过程中可能遇到的问题。

例如，材料中可能存在的不均匀性、焊接缺陷等，都可能对热处理效果产生不利影响。

通过数值模拟，我们可以模拟这些问题的发生和发展过程，并采取相应的措施进行优化和改进。

在进行热处理温度场分析与优化时，还需要考虑材料的特性和工艺的可行性。

不同材料的热导率、比热容等物理特性不同，对温度场的分布也有一定影响。

同时，工艺的复杂性、设备条件和生产成本等因素，也需要在数值模拟中进行综合考虑。

总之，基于数值模拟的热处理温度场分析与优化可以帮助我们更好地理解和掌握热处理工艺的变化规律，并为热处理工艺的设计和优化提供参考。

温度场数值模拟与分析一、引言温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的研究工作提供有效的参考。

本文将介绍温度场的数值模拟方法和分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。

二、数值模拟方法1.有限元方法有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单元内部的运动来计算物理量的变化。

在温度场的数值模拟中，有限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法和求解器来计算温度场的分布和变化规律。

2.计算流体力学方法计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。

在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的求解算法来计算温度场。

3.反向传播神经网络方法反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。

在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。

三、分析技术1.可视化分析可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。

2.数据挖掘分析数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。

通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。

3.时间序列分析时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。

通过时间序列分析可以发现温度场中的周期性波动规律和变化趋势，为后续的预测和控制工作提供有效的参考。

实验一: 二维导热物体温度场的电模拟试验一．实验的目的1．学习电、热类比的原理。

2．通过对电模型的电量测量,求出墙角导热的温度场。

二．实验原理对于稳态过程，二维固体导电及导热系统的数学描述均为拉普拉斯方程。

即:0//2222=∂∂+∂∂y e x e 和 0//2222=∂∂+∂∂y t x t (1) 由于数学描述的一致，现象之间将是类似的。

即可用电势的变化规律描述温势(温差)的变化规律。

电势的测量较温差测量要方便得多。

固体稳定温度场的电模拟法可分为连续式和网络式两类。

连续式使用导电纸作电模型；网络式则用电阻元件构成的电阻网络作模型。

本实验采用网络式。

显然，对网络而言，模拟是建立在差分方程类似的基础上。

当导热系数为常数时，对均匀网络，二维稳态导热差分方程为(图1)：图1 内部节点网络单元→t i ＋1,j +t i-1,j +t i,j ＋1+t i.j-1-4t i,j =0______________________(2)相应的网络上的电势方程由电学中的可希霍夫定律可得出.为:041=∑=n In___________________(3)即 (e i-1,j -e i,j )/R 1+(e i+1,j -e i,j )/R 3+(e i,j+1-e i,j )/R 4+(e i,j-1-e i,j )/R 2=0________(4) 只要满足 R 1=R 2=R 3=R 4,则e i+1,j +e i-1,j +e i,j+1+e i,j-1-e i,j =0______________________(5)式(2)和(5)完全类似,适用于一切二维稳态无内热源导热与导电问题的网络内部节点。

但是用电阻网络来模拟某一具体的热系统时，还必须使电—热系统之间有类似的边界条件，既当满足了电—热系统之间的边界条件类似后。

在电网络节点上测得的电势分布才能真正模拟热系统中的温度分布。

下面分别讨论二维的等温、绝热和对流边界条件的边界电模拟条件:1．等温边界时最简单的情况。

实用文档传热大作业二维导热物体温度场的数值模拟：璇班级：能动A02学号：10031096一．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：（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：外壁分别均与地维持在0℃及30℃；第二种情况：外壁均为第三类边界条件，且已知：t ∞1=30℃,ℎ1=10wm2∙℃t ∞2=10℃,ℎ2=4wm2∙℃砖墙的导热系数λ=0.53 Wm∙℃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、无热源的导热问题，其控制方程和边界条件如下：ðt2ðx2+ðt2ðy2=0边界条件（情况一） t(x,0)=30 0≤x≤1.5t(0,y)=30 0≤y≤1.1t(0.5,y)=0 0.5≤y≤1.1t(x,0.5)=0 0.5≤x≤1.5ðt(1.5,y)=0 0≤y≤0.5ðy∂t(x,1.1)=0 0≤x≤0.5ℎ(t−t f1) x=0,0≤y≤1.11=ℎ(t−t f2) x=0.5,0.5≤y≤1.12ℎ(t−t f1) y=0,0≤x≤1.51ℎ(t−t f2) y=0,0.5≤x≤21.50 0≤y≤0.5=0 0≤x≤0.5∂x三．网格划分网格划分与传热学实验指导书中“二维导热物体温度场的电模拟实验”一致，如下图所示：四．方程离散对于节点，离散方程t[i][j]=0.25*(t[i+1][j]+t[i-1][j]+t[i][j+1]+t[i][j-1])对于边界节点，则应对一、二两种情况分开讨论：情况一:绝热平直边界点：t[15][j]=0.25*(2*t[14][j]+t[15][j-1]+t[15][j+1])1≤j≤4t[i][11]=0.25*(2*t[i][10]+t[i-1][11]+t[i+1][11]) 1≤i≤4外等温边界点：t[i][j]=30等温边界点：t[i][j]=0情况二：（Bi1,Bi2为网格Bi数，Bi1=ℎ1∆xλ Bi2=ℎ2∆xλ）绝热平直边界点：t[15][j]=0.25*(2*t[14][j]+t[15][j-1]+t[15][j+1])1≤j≤4t[i][11]=0.25*(2*t[i][10]+t[i-1][11]+t[i+1][11]) 1≤i≤4外侧对流平直边界：t[i][0]=(2*t[i][1]+t[i+1][0]+t[i-1][0]+2*Bi1*tf1)/(2*Bi1+4) 1≤i≤14t[0][j]=(2*t[1][j]+t[0][j+1]+t[0][j-1]+2*Bi1*tf1)/(2*Bi1+4) 1≤j≤10侧对流平直边界：t[i][5]=(2*t[i][4]+t[i+1][5]+t[i-1][5]+2*Bi2*tf2)/(2*Bi2+4) 6≤i≤14t[5][j]=(2*t[4][j]+t[5][j+1]+t[5][j-1]+2*Bi2*tf2)/(2*Bi2+4) 6≤j≤10特殊点：a点t[15][0]=(t[14][0]+t[15][1]+tf1*Bi1)/(Bi1+2)b点t[15][5]=(t[14][5]+t[15][4]+tf2*Bi2)/(Bi2+2)c点t[5][5]=(2*t[4][5]+2*t[5][4]+t[5][6]+t[6][5]+3*Bi2*tf2)/(2*Bi2+6) d点t[5][11]=(t[5][10]+t[4][11]+tf2*Bi2)/(Bi2+2)e点t[0][11]=(t[0][10]+t[1][11]+tf1*Bi1)/(Bi1+2)f点t[0][0]=(t[0][1]+t[1][0]+tf1*Bi1*2)/(2*Bi1+2)五．编程思路及流程图编程思路为设定两个二维数组t[i][j]、ta[i][j]分别表示本次迭代和上次迭代各节点的温度值，iter表示迭代进行的次数,daore_in、daore_out分别表示外边界的散热量。

温度场仿真模拟温度场仿真模拟温度场仿真模拟是一种使用计算机模拟工具来预测和分析物体表面温度分布的方法。

下面我们将一步一步地介绍如何进行温度场仿真模拟。

1. 定义问题：首先，我们需要明确仿真模拟的问题是什么。

例如，我们可能想要预测一个电子设备的温度分布，以便确定是否需要进一步的散热措施。

2. 收集数据：在进行温度场仿真模拟之前，我们需要收集一些必要的数据。

这包括物体的几何形状和材料属性，环境条件（如气温、湿度等）以及可能的热源。

3. 建立数学模型：根据收集到的数据，我们需要建立一个数学模型来描述物体的热传导行为。

最常用的模型是热传导方程，它描述了热量在物体内部的传递方式。

4. 离散化：由于实际物体是连续的，而计算机只能处理离散的数据，我们需要将物体的几何形状离散化为小的单元格或节点。

这样，我们可以在每个离散化的位置上计算温度。

5. 边界条件：为了模拟真实情况，我们需要定义物体表面的边界条件。

这包括表面温度、热流或对流换热等。

6. 网格生成：在离散化的基础上，我们需要生成一个网格，将物体分割为小的单元格或节点。

网格的选择取决于物体的几何形状和仿真的要求。

7. 求解数值方程：通过数值方法，我们可以求解离散化的数学模型。

常见的数值方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。

8. 迭代求解：由于热传导过程是一个时间依赖的过程，我们需要进行迭代求解，逐步更新温度场。

迭代的次数取决于模拟的时间范围和精度要求。

9. 结果分析：在求解完成后，我们可以分析仿真结果。

例如，我们可以绘制温度云图，以直观地展示物体表面的温度分布情况。

10. 结论与优化：最后，我们可以根据仿真结果得出一些结论，并进行可能的优化。

例如，如果某些区域温度过高，我们可以考虑增加散热器或优化材料选型来改善散热效果。

综上所述，温度场仿真模拟是一种强大的工具，可以预测和分析物体表面温度分布。

通过定义问题、收集数据、建立数学模型、离散化、边界条件、网格生成、求解数值方程、迭代求解、结果分析和结论与优化等步骤，我们可以进行一次有效的温度场仿真模拟。

《传热学》上机实践大作业二维导热物体温度场的数值模拟 能动A02 赵凯 2010031134一、物理问题有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面尺寸如下图所示，假设在垂直于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：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：Km K m W h C t Km W h C t •=•=︒=•=︒=∞∞/35.0/93.3,10/35.10,30222211λ砖墙导热系数二、数学描写1、控制方程该问题为无内热源的二维稳态导热问题，因此控制方程为导热微分方程：02222=∂∂+∂∂y t x t 2、边界条件该问题中，导热物体在x 方向上，y 方向上都是对称的，因此可以只取其中的四分之一部分作为研究对象，其他部分情况完全相同，如下图所示：对于上图所示各边界：边界1：由对称性可知：其为绝热边界，即0=w q 。

边界2：第一种情况：其为等温边界，满足第一类边界条件。

即： C t w ︒=0第二种情况：其为对流边界，满足第三类边界条件。

即:)()(2f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ 边界3：第一种情况：其为等温边界，满足第一类边界条件。

即： C t w ︒=30 第二种情况：其为对流边界，满足第三类边界条件。

即：)()(1f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ三、方程离散如下图所示，用一系列与坐标轴平行的间隔10cm 的网格线将求解区域划分成子区域。

可将上图所示各节点分成内节点与边界点两类。

分别利用热平衡法列各个节点的代数方程。

第一种情况（等温边界）： 边界点：边界1（绝热边界）：5~2),2(411,11,12,1,=++=+-m t t t t m m m m 11~8),2(411,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n 边界2（内等温边界）： 7,16~7;7~1,6,0,=====n m n m t n m边界3（外等温边界）： 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);(411,1,,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（对流边界）： 边界点：边界1（绝热边界）：5~2),2(411,11,12,1,=++=+-m t t t t m m m m11~8),2(411,161,16,15,16=++=+-n t t t t n n n n边界2（内对流边界）：6~1,)2(222111,61,6,5,6=++++=∆∆-+n Bi t Bi t t t t n n n n16~7,)2(2221117,17,18,7,=++++=∆∆-+m Bi t Bi t t t t m m m m边界3（外对流边界）：11~1,)2(2222221,11,1,2,1=++++=∆∆-+n Bi t Bi t t t t n n n n16~2,)2(22222212,112,111,12,=++++=∆∆-+m Bi t Bi t t t t m m m m内角点： )3(22)(21116,67,78,67,57,6+++++=∆∆Bi t Bi t t t t t外角点： )1(222211,112,212,1+++=∆∆Bi t Bi t t t内节点：11~8,15~6;11~2,5~2);(411,1,,1,1,====+++=-+-+n m n m t t t t t n m n m n m n m n m（10,22121==∆=∞∆t t xh Bi λ；30,21212==∆=∞∆t t xh Bi λ）四、编程求解第一种情况（等温边界)：Fortran程序代码如下所示：Program denwengimplicit noneinteger::t1=0integer::t2=30integer m,nreal::t(16,12),ta(16,12),et(16,12)real::epslona=1realfainei,fainei1,fainei2,fainei3,fainei4,fainei5,fai nei6,fainei7realfaiwai,faiwai1,faiwai2,faiwai3,faiwai4,faiwai5 ,faiwai6,faiwai7real pianchado n=1,7t(6,n)=t1end dodo m=7,16t(m,7)=t1end dodo n=1,12t(1,n)=t2end dodo m=2,16t(m,12)=t2end dodo m=2,5do n=1,11t(m,n)=10end doend dodo m=6,16do n=8,11t(m,n)=10end doend doopen(01,file='dengwen.dat')do while(epslona>0.00000001)do m=2,5ta(m,1)=0.25*(2*t(m,2)+t(m-1,1)+t(m+1,1)) end dodo m=2,5do n=2,11ta(m,n)=0.25*(t(m+1,n)+t(m-1,n)+t(m,n+1)+t( m,n-1))end doend dodo m=6,15do n=8,11ta(m,n)=0.25*(t(m+1,n)+t(m-1,n)+t(m,n+1)+t( m,n-1))end doend dodo n=8,11ta(16,n)=0.25*(2*t(15,n)+t(16,n-1)+t(16,n+1)) end dodo n=1,7ta(6,n)=t1end dodo m=7,16ta(m,7)=t1end dodo n=1,12ta(1,n)=t2end dodo m=2,16ta(m,12)=t2end dodo m=1,16do n=1,12et(m,n)=abs(ta(m,n)-t(m,n))end doend doepslona=maxval(et(1:16,1:12))do m=1,16do n=1,12t(m,n)=ta(m,n)end doend doend dofainei1=0.5*lanbuda*t(5,1)fainei3=lanbuda*t(5,8)fainei5=0.5*lanbuda*t(16,8)fainei2=0do n=2,7fainei6=lanbuda*t(5,n)fainei2=fainei2+fainei6end dofainei4=0do m=6,15fainei7=lanbuda*t(m,8)fainei4=fainei4+fainei7end dofainei=4*(fainei1+fainei2+fainei3+fainei4+fai nei5)faiwai1=0.5*lanbuda*(30-t(2,1))faiwai3=lanbuda*(30-t(2,11))faiwai5=0.5*lanbuda*(30-t(16,11))faiwai2=0do n=2,10faiwai6=lanbuda*(30-t(2,n))faiwai2=faiwai2+faiwai6end dofaiwai4=0do m=3,15faiwai7=lanbuda*(30-t(m,11))faiwai4=faiwai4+faiwai7end dofaiwai=4*(faiwai1+faiwai2+faiwai3+faiwai4+ faiwai5)print*,' m n t 'do m=1,16do n=1,12print*, m,n,t(m,n)write(01,*) m,n, t(m,n)end doend dopiancha=abs(fainei-faiwai)/((fainei+faiwai)/2) print*,'内部热流量=',faineiprint*,'外部热流量=',faiwaiprint*,'热平衡偏差=',pianchaend program denweng运行结果如图所示：第二种情况(对流边界）: Fortran程序代码如下所示：program duiliuimplicit noneinteger::t1=10integer::t2=30integer m,nreal::t(16,12),ta(16,12),et(16,12)real::epslona=1real bi1,bi2realfainei,fainei1,fainei2,fainei3,fainei4,fainei5,fai nei6,fainei7realfaiwai,faiwai1,faiwai2,faiwai3,faiwai4,faiwai5 ,faiwai6,faiwai7real pianchabi1=h1*detax/lanbudabi2=h2*detax/lanbudado m=1,16do n=1,12t(m,n)=10end doend doopen(01,file='crs.dat')do while(epslona>0.000000001)do m=2,5ta(m,1)=0.25*(2*t(m,2)+t(m-1,1)+t(m+1,1)) end dodo n=8,11ta(16,n)=0.25*(2*t(15,n)+t(16,n-1)+t(16,n+1)) end dodo n=2,6 ta(6,n)=(2*t(5,n)+t(6,n+1)+t(6,n-1)+2*bi1*t1) /(2*bi1+4)end dodo m=7,15ta(m,7)=(2*t(m,8)+t(m+1,7)+t(m-1,7)+2*bi1* t1)/(2*bi1+4)end dodo n=2,11ta(1,n)=(2*t(2,n)+t(1,n+1)+t(1,n-1)+2*bi2*t2) /(2*bi2+4)end dodo m=2,15ta(m,12)=(2*t(m,11)+t(m+1,12)+t(m-1,12)+2 *bi2*t2)/(2*bi2+4)end dodo m=2,5do n=2,11ta(m,n)=0.25*(t(m+1,n)+t(m-1,n)+t(m,n+1)+t( m,n-1))end doend dodo m=6,15do n=8,11ta(m,n)=0.25*(t(m+1,n)+t(m-1,n)+t(m,n+1)+t( m,n-1))end doend dota(6,7)=(2*t(5,7)+2*t(6,8)+t(7,7)+t(6,6)+2*bi1*t1)/(2*bi1+6)ta(1,12)=(t(2,12)+t(1,11)+2*bi2*t2)/(2*bi2+2) ta(6,1)=(t(5,1)+t(6,2)+bi1*t1)/(bi1+2)ta(16,7)=(t(16,8)+t(15,7)+bi1*t1)/(bi1+2)ta(16,12)=(t(16,11)+t(15,12)+bi2*t2)/(bi2+2) ta(1,1)=( t(2,1)+t(1,2)+bi2*t2)/(bi2+2)do m=1,16do n=1,12et(m,n)=abs(ta(m,n)-t(m,n))end doend doepslona=maxval(et(1:16,1:12))do m=1,16do n=1,12t(m,n)=ta(m,n)end doend doend dofainei1=0.05*h1*(t(6,1)-10)fainei3=0.1*h1*(t(6,7)-10)fainei5=0.05*h1*(t(16,7)-10)fainei2=0do n=2,6fainei6=0.1*h1*(t(6,n)-10)fainei2=fainei2+fainei6end dofainei4=0do m=7,15fainei7=0.05*h1*(t(m,8)-10)fainei4=fainei4+fainei7end dofainei=4*(fainei1+fainei2+fainei3+fainei4+fai nei5)faiwai1=0.05*h2*(30-t(1,1))faiwai3=0.1*h2*(30-t(1,12))faiwai5=0.05*h2*(30-t(16,12))faiwai2=0do n=2,11 faiwai6=0.1*h2*(30-t(1,n))faiwai2=faiwai2+faiwai6end dofaiwai4=0do m=2,15faiwai7=0.1*h2*(30-t(m,12))faiwai4=faiwai4+faiwai7end dofaiwai=4*(faiwai1+faiwai2+faiwai3+faiwai4+ faiwai5)do n=1,12do m=1,16print*, m,n,t(m,n)write(01,*) m,n,t(m,n)end doend dopiancha=abs(fainei-faiwai)/((fainei+faiwai)/2) print*,'内部热流量=',faineiprint*,'外部热流量=',faiwaiprint*,'热平衡偏差=',pianchaclose(01)end program duiliuWORD完整版----可编辑----教育资料分享运行结果如图所示：----完整版学习资料分享----五、结果讨论1,、温度场分布图用以上数值模拟得到的各节点温度绘制温度场分布图。

热传导和导热性质的数值模拟热传导是物质内部由于温度差异而产生的热能传递现象，是我们日常生活中不可忽视的物理过程。

研究热传导过程及物质导热性质的数值模拟，对于工业生产、能源利用和环境保护等方面都具有重要意义。

热传导的基本原理是热能从高温区传递到低温区，它的速率受到环境条件、材料性质和结构形态等多种因素的影响。

因此，准确地描述和预测热传导的过程对于设计高效的热交换设备和热障涂层等应用具有重要价值。

数值模拟是一种通过计算机仿真来预测物理现象的方法。

在热传导和导热性质的数值模拟中，常用的方法有有限元法（Finite Element Method，FEM）和有限差分法（Finite Difference Method，FDM）等。

有限元法是一种常用的数值模拟方法，它将待模拟的物理系统离散成有限数量个单元，在每个单元内用简单的数学模型描述系统的行为。

通过对这些单元进行组合和连接，可以得到整个物理系统的模型。

有限元法简化了计算复杂度，可以用来模拟包括热传导在内的复杂物理过程。

有限差分法则是一种基于差分近似的数值模拟方法，相对于有限元法而言，它对计算单元的选取和组合没有那么大的要求。

有限差分法将连续的物理系统离散成网格，通过近似计算导数和微分方程，来获取物理系统在离散点上的数值解。

而在热传导和导热性质的数值模拟中，我们首先需要确定热传导的基本方程。

热传导方程是一个偏微分方程，描述了热量在物质中的传递过程。

它可以通过热传导定律得到，即热流密度等于导热系数与温度梯度的乘积。

利用有限元法和有限差分法可以求解热传导方程，进而得到物质的热传导过程和导热性质。

在模拟中，我们通常需要提供初始条件和边界条件，以便得到准确的数值解。

初始条件是指在模拟开始时系统中各点的温度分布情况，而边界条件则是指在热传导过程中特定位置的温度或热流的变化情况。

通过热传导和导热性质的数值模拟，我们可以研究材料的热传导过程，分析导热性能对材料性能的影响，优化材料的导热性能，提高热能利用效率。