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传热学第一二三类边界条件
传热学中的第一、二、三类边界条件是指在热传递过程中，物体表面的温度和热通量的变化方式不同。
第一类边界条件指物体表面的温度是已知的，例如物体受到外部环境的加热或冷却时，表面的温度就是已知的。
第二类边界条件指物体表面的热通量是已知的，例如物体在一端受到热源的加热时，这一端的热通量就是已知的。
第三类边界条件指物体表面的温度梯度是已知的，例如物体表面上的温度与距离表面一定距离处的温度之差就是已知的。
这些边界条件在传热学的研究中起着重要的作用，可以帮助研究人员对热传递过程做出更加准确的预测和分析。
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flotherm边界条件摘要：I.引言- 背景介绍- 研究目的II.福尔热边界条件- 定义与概念- 数学表达式- 物理意义III.应用领域- 传热问题- 流体力学问题IV.数值模拟中的实现- 有限差分法- 有限元法- 有限体积法V.案例分析- 二维平板传热问题- 圆柱绕流问题VI.总结与展望- 福尔热边界条件的重要性- 未来研究方向正文：I.引言福尔热边界条件（flotherm boundary condition）是研究热传导和流体动力学问题时所涉及到的一种边界条件。
它主要描述了物体表面在温度变化或流体流动作用下的热通量或热流密度分布。
在工程实际应用中，福尔热边界条件对于分析和预测物体在温度场或流场作用下的热传导和热交换过程具有重要意义。
本文将首先介绍福尔热边界条件的定义与概念，然后讨论其在传热问题和流体力学问题中的应用，接着介绍在数值模拟中的实现方法，最后通过案例分析来进一步阐述福尔热边界条件在实际问题中的应用。
II.福尔热边界条件福尔热边界条件是描述物体表面热通量或热流密度分布的一种边界条件，通常表示为：q = -k * T其中，q 表示热通量，k 表示热导率，T 表示温度梯度。
根据具体问题，福尔热边界条件可以进一步分为第一类福尔热边界条件和第二类福尔热边界条件。
第一类福尔热边界条件是指物体表面热流密度与物体表面温度成正比，即：q = -k * T * T_s其中，T_s 表示物体表面温度。
第二类福尔热边界条件是指物体表面热流密度与物体表面法线方向的温度梯度成正比，即：q = -k * T * n其中，n 表示物体表面法线方向。
福尔热边界条件的物理意义在于，它描述了物体表面在温度变化或流体流动作用下的热通量或热流密度分布，从而为分析和预测物体在温度场或流场作用下的热传导和热交换过程提供了理论依据。
III.应用领域福尔热边界条件在传热问题和流体力学问题中都有广泛的应用。
在传热问题中，福尔热边界条件可以用于分析物体在温度场作用下的热传导过程，例如，电子散热器、热交换器等设备的热传导性能分析。
传热学三类边界条件（第一二三类边界条件）文化 2020-05-08 10:38:49 共10个回答【定解条件】使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件.1)初始条件:给出初始时刻的温度分布2)边界条件:给出导热物体边界上的温度或换热情况.【第一类边界条件】规定了边界上的温度值.【第二类边界条件】规定了边界上的热流密度值.【第三类边界条件】规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及流体温度tf.对稳态问题只需边界条件.通过其表面来分析,其表面能量守恒故应有kdT/dx=h(T-T∞)1.定解条件是初始条件和边界条件的统称.2.温度值热,流密度值,传热系数h及流体温度tf.3.初始条件是指在微分方程中未知函数在初始时刻所需满足的条件.4.边界条件绝热,定壁温和对流条件你好,第一类边界条件:规定了边界上的温度值.第二类边界条件:规定了边界上的热流密度.第三类边界条件:规定了边界上物体与周围流体间表面传热系数h以及周围流体的温度Tf.边界条件有三类第一类,规定了边界上的温度值.第二类,规定了边界上的传热密度值.第三类,规定了物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度.对于稳态导热问题,定解条件中没有初始条件,仅有边界条件.边界条件有:1、第一类边界条件,规定了边界上的温度2、第二类边界条件,规定了边界上的热流密度值3、第三类边界条件,规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体温度tf.至于需要几个独立的边界条件,与所求区域有关,比如圆,只需一个.而长方形区域,则必须明确四条边上的边界条件.传热学问题常壁温边界条件就是第一类边界条件,壁温为常数,常热流边界条件就是第二类边界条件,热流密度为常数边值问题中的边界条件的形式多种多样,在端点处大体上可以写成这样的形式,Ay+By'=C,若B=0,A≠0,则称为第一类边界条件或狄里克莱(Dirichlet)条件;B≠0,A=0,comsol在声学模拟无限边界有三种方法:1.采用平面波辐射,或球面波辐射边界条件.2.采用完美匹配层.3.采用周期性边界条件.。
flotherm边界条件摘要：1.Flotherm 边界条件的概述2.Flotherm 边界条件的分类3.Flotherm 边界条件的设置方法4.Flotherm 边界条件的应用实例5.Flotherm 边界条件的重要性正文：【1.Flotherm 边界条件的概述】Flotherm 是一种用于模拟和分析热传输的软件，广泛应用于电子设备散热、建筑节能等领域。
在Flotherm 中，边界条件是解决热传输问题的关键因素之一。
边界条件定义了热流在各个边界上的行为，包括热流入、热流出和热交换等。
合理的边界条件设置可以有效地提高模拟结果的准确性。
【2.Flotherm 边界条件的分类】Flotherm 中的边界条件主要分为以下几类：（1）第一类边界条件（Dirichlet 边界条件）：给定温度边界条件。
在此边界上，温度值是已知的，热流将从这个边界流入或流出。
（2）第二类边界条件（Neumann 边界条件）：给定热通量边界条件。
在此边界上，热通量是已知的，温度值是未知的。
热流将在这个边界上流入或流出，取决于温度梯度。
（3）第三类边界条件（Robin 边界条件）：给定对流换热边界条件。
在此边界上，热流将与环境进行对流换热，通常采用牛顿冷却定律进行描述。
【3.Flotherm 边界条件的设置方法】在Flotherm 中设置边界条件较为简单。
首先，选择要设置边界条件的区域或面。
然后，在属性对话框中选择相应的边界条件类型，并输入相应的边界条件参数。
对于第一类和第二类边界条件，需要输入温度或热通量值；对于第三类边界条件，需要输入对流换热系数、环境温度等参数。
【4.Flotherm 边界条件的应用实例】假设我们要模拟一个电子设备的散热过程，需要设置以下边界条件：（1）设备表面：第一类边界条件，给定温度，模拟设备表面散热；（2）设备与周围空气：第三类边界条件，给定对流换热系数和环境温度，模拟设备与周围空气的对流换热；（3）设备与散热器：第二类边界条件，给定热通量，模拟设备与散热器之间的热交换。
第二章稳态导热本章重点：具备利用导热微分方程式建立不同边界条件下稳态导热问题的数学模型的能力第一节 通过平壁的导热1-1第一类边界条件研究的问题：（D 几何条件：设有一单层平■壁，厚度为a,其宽度、高度远大丁其厚度（宽度、高度 是厚度的10倍以上）。
这时可认为沿高度与宽度两个方向的温度变化率很小，温度只沿厚度 方向发生变化。
（届一维导热问题）（2） 物理条件：无内热源，材料的导热系数入为常数。
（3） 边界条件：假设平壁两侧表面分别保持均匀稳定的温度t wi 和t w2 , t wi t w2。
（为第一类边界条件，同时说明过程是稳态的）求：平■壁的温度分布及通过平■壁的热流密度值。
方法1导热微分方程：采用直角坐标系，这是一个常物性、无内热源、一维稳态导热 问题（温度只在x 方向变化）。
导热微分方程式为： 史 0 （2-1） dx 2边界条件为：t x0 t w 1 , t x t w 2（2-2）对式（2-1）连续积分两次，得其通解：t c 1x c 2t w 2 t w 1这里C 1、C 2为常数，由边界条件确定，解得：C1C 2 t w 1最后得单层平壁内的温度分布为：t t w 1 %」曳x由丁 a 、t w 1、t w 2均为定值。
所以温度分布成线性关系，即温度分布曲线的斜率是常数（温度梯度），虫―宜const（2-6）dx0—1I~Dfl ——单屋平惬(2-3)(2-4)(2-5)热流密度为：q 史—(t W l t w2) W /m2(2-7)dx若表面积为A,在此条件下，通过平壁的导热热流量则为：qA A— t W考虑导热系数随温度变化的情况:通过平壁的导热热流密度为:dt dtq 0(1 bt) —dx dx竺一1 ]bt t 0 1 2 b t W1 t W21式中，0 1 2bt W1 t W21 22 m则q —(t W1 t W2)从上式可以看出，如果以平壁的平均温度t m虹上来计算导热系数，则平壁的热流密2度仍可用导热系数为常数时的热流密度计算式:(2-8)对丁导热系数随温度线形变化，即0(1 bt),此时导热微分方程为: d dt °0 dx dx解这个方程，最后得:t2bt2bt 2 Wi W2t W2)t W1(t W it、W 一t W2说明：壁内温度不再是直线规律, 而是按曲线变化。
FLUENT UDF 应用实例:传热问题第二第三类热边界条件转换成第一类边界条件1 引言传热问题的常见边界条件可归纳为三类，以稳态传热为例，三类边界条件的表达式如下。
恒温边界（第一类边界条件）：const w T = （1-1）恒热流密度边界（第二类边界条件）：const w T n λ∂⎛⎫-= ⎪∂⎝⎭ （1-2）对流换热边界（第三类边界条件）：()w f wT h T T n λ∂⎛⎫-=- ⎪∂⎝⎭ （1-3）2 问题分析2.1 纯导热问题以二维稳态无源纯导热问题为例，如图1所示，一个10×10m 2的方形平面空间，上下面以及左边为恒温壁面（21℃），右边第二类、第三类边界条件如图所示。
为方便问题分析，内部介质的导热系数取1W/m ℃。
模型水平垂直方向各划分40个网格单元，不计边界条件处壁厚。
图1 问题描述采用FLUENT 软件自带边界条件直接进行计算，结果如图2所示。
（a ）第二类边界条件（b ）第三类边界条件 图2 软件自带边界计算结果参考数值传热学[3]，对于第二类（式1-2）、第三类（式1-3）边界条件可通过补充边界点代数方程的方法进行处理，结果如下。
第二类边界条件：11M M q T T δλ-=+（2-1）第三类边界条件：11/1M M fh h T T T δδλλ-⎛⎫⎛⎫=++⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（2-2） 其中，T M 为边界节点处的温度（所求值），T M-1为靠近边界第一层网格节点处的温度，δ为靠近边界第一层网格节点至边界的法向距离，q 为热流密度，h 为对流换热系数。
将以上两式通过UDF 编写成边界条件（DEFINE_PROFILE ），全部转换为第一类边界条件，计算结果如图3所示。
（a）第二类边界条件（b）第三类边界条件图3 UDF计算结果可以看出，经过UDF边界转换后的计算结果与软件自带边界计算结果几乎完全相同。
2.2对流换热问题以上处理方式对于导热问题肯定是适用的，但是对于对流换热问题能否用同样的方式处理呢，笔者认为，严格意义上讲式2-1和2-2对与对流换热问题是不能用的，因为边界内侧的流体与壁面的换热机制是对流换热。
换热器数值计算中传热边界条件的设定【摘要】基于对换热器内流体流动通道间传热的热力学第一定律的分析,提出了换热器数值计算中传热边界条件的设定方法。
通过对采用不同传热边界条件数值计算结果的对比分析,并与实验测试结果对比,证明该边界条件设定方法切实可行,而且可以提高计算结果可信度。
关键词:换热器数值计算边界条件引言采用数值计算方法研究换热器内复杂的流动与传热问题,具有速度快、成本低和对整体规律能够高度概括的优势,已成为换热器研究的重要手段。
数值计算结果的可信度不但取决于其所依据的数学模型是否能够如实反映客观过程和其所采用的数值计算方法是否合理可行,而且还与所选定的边界条件有着密切的关系。
关于换热器通道内的流动与传热问题,其数学模型和计算方法方面的研究报道很多,但对其传热边界条件的确定相对缺乏[1～3]。
本文基于对换热器流体流动通道间传热的热力学第一定律分析,提出换热器数值计算中传热边界条件的一种设定方法,以提高换热器数值计算结果的可靠性。
1换热器通道内传热边界条件的设定1.1物理模型一般换热器无论是顺流、逆流还是叉流,均存在冷、热两种介质的通道。
选取被冷却一侧即热流体侧为研究对象。
设通道截面为正方形,其坐标选取如图1所示。
通道的4个侧壁中有2侧(法向为y向的壁面)与热流体通道相邻,假定各通道间热流体温度分布是均匀的,这2侧壁面上散热量相对较小,可近似视为绝热面。
另2侧壁面(法向为z向的壁面)则与冷流体相邻,是主要的传热面,以下针对这2侧壁面讨论其传热边界条件的设定。
1.2传热边界条件的一般处理方法换热器通道的传热边界条件一般可分为3种情况:第1类边界条件,壁面上温度分布已知;第2类边界条件,壁面上热流密度分布已知;第3类边界条件,壁面处对流换热系数和温差已知。
进行换热器通道数值计算时,上述的3类边界条件都是很难明确指定的。
因为壁面上的温度分布、热流密度分布或对流换热系数及温差往往也是数值计算所关注的结果,计算前很难知道。
计算传热学—CFD软件介绍/培训边界条件（二）第九讲边界条件的设定边界条件——Why and What为了获得物理问题（各种微分方程）的唯一解，必须对计算域边界设定各种参数值.如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等.边界条件内容:定义边界条件的位置信息(如进口、固体壁面、对称位置面)确定边界上的各种参数信息边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型、边界条件的类型密切相关.必须仔细确定边界条件的参数直接影响了求解过程和所得到的结果.FuelAir Combustor WallManifold box1123Nozzle 分析流程1. 来流条件z 均匀性z 非预混模型z 考虑混合效果2. 喷嘴进口z 非预混模型z 参数要求高3. 喷嘴出口z 预混模型z 参数要求高基本原则设定在流体的进、出口z可以有利于收敛.在垂直于边界上不应该存在很大的参数梯度.z导致不同的结果.减小边界附近的网格扭曲度.导致计算早期误差过大.21基本的边界类型外部面一般: Pressure inlet, Pressure outlet不可压: Velocity inlet, Outflow可压: Mass flow inlet, Pressure far-field特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axis单元、区域Fluid and Solid相交面Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls inletoutletwallinteriorOrifice_plateand orifice_plate-shadow基本流程GambitBoundary Type Fluid Type FluentSolverSelect BoundarySet Parameters边界条件的定义——Solver选择求解器正对求解器选择不同的边界条件定义器Type选择边界对应的几何体z默认值：面选择边界的类型.z鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作z更改、删除.Type选择边界对应的几何体z默认值：体选择边界的类型.z鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作z更改、删除.边界条件的定义——Define在Fluent中定义边界条件的具体值z各种边界条件的参数z可以重新定义边界类型重新定义边界条件一般边界条件在预处理软件中定义.可以在Fluent中更改:Define→Boundary Conditions...选择要更改的几何体从Type中选择新的类型.给定边界条件参数在BC panels中直接赋值.给选定的边界设定:z从Zone菜单中选择边界.z点击Set按钮利用Copy按钮可以复制边界条件. 边界条件的内容可以存盘，也可以读入.file →write-bc and file →read 利用UDFs and Profiles可以定义复杂的边界条件Velocity Inlet定义类型:Magnitude, Normal to BoundaryComponentsMagnitude and Direction默认值为均匀流动适用于incompressible flows.Static pressure 相应分布.Total pressure 同样用于compressible flows 将有可能导致非物理解.速度设定为负值时，可以用来表示出口.但是必须要保证流量平衡.Pressure Inlet (1) 从该边界初始化时有用.21(1)k T T M −=+2/(1),,1(1)2k k total abs static abs k p p M −−=+2Compressible flows:Pressure Inlet (2) 注意的是Gauge pressure 必须给定.Operating pressure 定义: Define →Operating Conditions同时适用compressible 和incompressible flows.Fluent 计算时采用static pressure and velocity 通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定. 可以被用作模拟“Free”面.operating gauge absolute p p p +=Mass Flow Inlet参数确定:(a) Mass Flow Rate or (b) Mass Fluxz(a) 给定恒定的流量z(b) 利用profiles/UDF定义Static Gauge Pressurez超音速有效z该边界初始化有效.Total Temperaturez对于不可压流动为静温.Inlet Flow Direction一般用于compressible; 也可用于incompressible flows.Total pressure 由输入变量求得.和pressure inlet相比.收敛性差Pressure Outlet给定static gauge pressure作为出口处的环境压力.可以定义径向的压力分布.Backflow收敛过程出现最终结果如此.方向是垂直于边界.适用于compressible 和incompressible flows在超音速条件下，忽略所给定的压力值.可以被用来模拟自由流.Outflow不需指定任何速度和压力信息.由内部区域来传递信息.边界上保持流量平衡.在Outflow面上所有参数梯度为零近似于充分发展流适用于incompressible flows.不能和Pressure Inlet合用; 入口只能是velocity inlet.不能用来模拟密度随时间变化的问题.当存在回流时，很难收敛不能模拟最终结果存在回流的物理问题.可以利用Pressure Outlet 和Outflow boundaries.Pressure Outlets Outflow:z 出口流量定义如下: m i =FRW i /ΣFRW i where 0 < FRW < 1.FRW 为1 表示均匀分布多通道出口pressure-inlet (p 0,T 0)pressure-outlet(p s )2velocity-inlet (v,T 0)pressure-outlet (p s )1orFRW 2velocityinletFRW 1其它的边界条件Pressure Far Field（可压缩流）模拟ideal gas law下的流动.通常给定free-stream Mach number 和静态参数. Exhaust Fan/Outlet Vent给定压力损失系数（压力降）以及环境参数Inlet Vent/Intake Fan模拟风扇运动.给定压力损失系数（压力降）以及环境参数Wall Boundaries速度：无滑移切向速度和固壁面速度相等.法向速度为零可以定义壁面剪切力.热边界:几种不同的条件包括定义壁面厚度.定义运动的壁面.Symmetry and Axis BoundariesSymmetry Boundary简化计算量.不需任何参数.计算域和几何形状必须对称:z对称面上法向速度为零z 所有的变量法向梯度为零 Axis Boundary模拟二维轴对称问题.不需任何参数.symmetry planesPeriodic Boundaries减小计算量.计算域为周期性运动区域.周期性旋转:周期面上Δp = 0.周期性平动:在周期面上允许有限的Δp . 模拟充分发展流.z 在Gambit 中预先定义为translational.Translationallyperiodic planes2D tube heat exchangerflow Rotationally periodic planes区域定义: FluidFluid zone = 求解的流体计算域.确定Fluid material.确定各种源项:质量、运动、能量等定义为多空介质定义旋转等周期性运动.定义各种运动方式.Porous Media按照流体区域处理可以模拟多种物理现象区域定义: Solid只求解热平衡方程.确定固体类型可以定义内部的热源也可定义各种形式的运动状态.。
