二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，宽为；内矩形长为，宽为。

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= 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，认为已达到迭代收敛。

四、编程及结果1) 源程序#include <>#include <>int main(){int k=0,n=0; double t[16][12]={0},s[16][12]={0};double epsilon=;double lambda=,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]=*(2*t[14][j]+t[15][j-1]+t[15][j+1]);for(int i=1;i<=4;i++)t[i][11]=*(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]=*(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]=*(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++;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。

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。

基于Visual Basic的二维稳态导热数值模拟计算研究
赵秋雨;夏利梅;俞慧
【期刊名称】《节能》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】目前大部分传热模拟模型均借助商业软件进行数值求解,不利于了解不同边界条件对导热的影响程度。

采用Visual Basic(VB)语言建立二维稳态导热的数值模型求解程序,直观地展示传热过程中的温度分布,通过分析固定边界热流密度变化和固定边界温度变化对导热的影响,得出导热对不同边界变化的灵敏度。

【总页数】4页(P51-54)
【作者】赵秋雨;夏利梅;俞慧
【作者单位】江苏城乡建设职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.非线性二维稳态导热反问题的一种数值解法
2.基于Visual C++ 6.0和ANSYS 9.0的二维稳态导热肋板的数值分析
3.EXCEL在二维稳态导热数值求解中的应用
4.矩形直肋二维稳态导热的数值解及其分析
5.二维非稳态导热模型的数值研究
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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。

稳态热传导问题的数值模拟热传导是热能从高温区向低温区传递的过程，在自然界和工程应用中有广泛的应用。

当材料或物体的长度，面积和体积足够大以至于其中的热量可以被视为连续分布时，稳态热传导方程可以用来描述热传导现象。

本文将讨论如何通过数值模拟来解决稳态热传导问题。

1. 稳态热传导方程首先，我们来看一下稳态热传导方程。

稳态热传导方程最常用的形式是二维热传导方程和三维热传导方程。

对于二维情况，可以表示为：$$ \frac{\partial^2 T}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial y^2}=0 $$对于三维情况，可以表示为：$$ \frac{\partial^2 T}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 T}{\partialy^2}+\frac{\partial^2 T}{\partial z^2}=0 $$其中，T表示温度。

2. 数值模拟方法由于稳态热传导方程在大多数情况下很难用解析方法求解，因此数值模拟方法成为了解决该问题的主要方法之一。

这里我们主要介绍两种数值模拟方法：有限差分法和有限元法。

2.1 有限差分法有限差分法是一种基于迭代计算的数值模拟方法，它将区域离散化为小的网格，并通过有限差分来逼近上述方程。

具体来说，它将偏微分方程近似为差分方程，然后用迭代方法来逼近和求解问题。

在应用有限差分法时，需要将连续的区域离散化为小的网格。

然后，用相邻两个网格点的温度差来逼近该点处的温度。

具体来说，对于二维情况，可以用以下公式来表示：$$ \frac{T(i+1,j)+T(i-1,j)+T(i,j+1)+T(i,j-1)-4T(i,j)}{h^2}=0 $$其中，h表示网格尺寸，i和j分别表示网格的横向和纵向坐标。

通过递归求解该方程，可以得到整个区域内的温度分布。

2.2 有限元法有限元法是一种更通用的数值模拟方法，可以用于解决各种类型的偏微分方程。

生物软组织在脉冲激光作用下二维温升的数值模拟摘要:为研究激光作用于生物组织的热效应,基于激光与生物组织的相互作用机理,在考虑生物组织特性的基础上,建立了高斯脉冲激光作用于皮肤的有限元模型,分析了脉冲激光辐照皮肤组织时所产生的热效应,为精确预测激光诱发的组织热响应的研究提供了一种手段。

关键词:温度场皮肤光热作用有限元方法激光在生物医学中的很多应用均与热效应有关,激光对生物组织热作用的研究日益受到越来越多的关注。

然而,生物组织结构非常复杂,既不是各向同性的均匀介质,也不同于一般工程材料中热量唯一通过热传递来进行,特别是生物组织独特的血液循环和体液循环中既有能量传递又有质量传递的特点,使生物组织的热作用变得异常复杂。

激光与皮肤等生物组织的相互作用过程,不仅与激光的参数有关,而且受组织本身的光学、热学及力学参数特性的影响[1]。

因此,在激光激发生物组织的理论研究中,很难用解析法精确求解其作用过程[2]。

有限元方法能够处理多种因素及其影响,基于商用有限元软件Ansys的数值仿真技术,英国邓迪大学的 A.L&amp;acute;Etang和Z.H.Huang等先后发表文章探索了脉冲激光激发皮肤产生超声波的有限元模型、激光波长等参数对超声振动的影响等[3-7]。

目前国内外还没有比较完善的研究高功率脉冲激光与生物软组织作用热效应的理论模型和实验系统,文献[8]用Ansys软件仿真分析了激光脉宽和光斑尺寸对超声位移的影响,但考察的皮肤是双层模型,求解精度有待进一步研究。

本文在简化模型、同时考虑到生物组织特性参数的基础上,用有限元方法数值模拟了脉冲激光与皮肤相互作用时瞬态温度场的变化,为精确预测脉冲激光诱发的生物组织热响应提供理论参考,并为在热弹条件下因激光辐照组织而激发出的超声波传播特性的研究提供方法借鉴。

1 热分析理论模型及方法所研究的皮肤模型从外到内可分为表皮、真皮和皮下组织三个组成部分(图1),假设各层为各向同性同质材料,长为20mm,其它有关参数如表1所示,h、K、ρ、c分别表示各层组织的厚度、热传导率、密度和比热容。

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: ,2222 ,i jPPp i j T T T C x y ρλτ⎛⎫∂∂∂=+ ⎪∂∂∂⎝⎭,1 , ,()i jP P Pi j i jT T T οτττ+-∂⎛⎫=+∆ ⎪∂∆⎝⎭ (), 1 , , 1 ,222()i j P P P Pi j i j i j T T T T x x x ο+--+∂⎛⎫=+∆ ⎪∂⎝⎭∆ () , ,1 , ,1222()i jPP P Pi j i j i j T T T T y y y ο+--+⎛⎫∂=+∆ ⎪∂∆⎝⎭τ∆、x ∆、y ∆ 当τ∆、x ∆、y ∆较小时，忽略()οτ∆、2()x ο∆、2()y ο∆项。

当x y ∆=∆时，即x 、y 方向网格划分步长相等｡最后得到节点,)i j （的差分方程: ()1 , ,0 1 , 1 , ,1 ,1 ,4P P P P P P Pi j i j i j i j i j i j i j T T F T T T T T ++-+-=++++-式中:()02p F C x λτρ∆=∆｡假设边界为对流和辐射边界，对流用以下公式计算：()(),1 , ,0 1 , ,1 ,1 ,24Pc f i j P P P P P P i j i j i j i j i j i j p a T T T T F T T T T C xτρ+-+-∆-=+++-+∆MATLAB 编程模拟clc; clear;format long %% 参数输入moni_canshu=xlsread('模拟参数输入.xlsx',1,'B2:B11'); %读取excel 中的模拟参数 s=moni_canshu(1); %几何尺寸,m t0=moni_canshu(2); %初始温度，℃tf=moni_canshu(3); %辐射（空气）边界，℃ rou=moni_canshu(4); %密度,kg/m3lamda=moni_canshu(5); %导热系数,w/(m ℃) Cp=moni_canshu(6); %比热,J/(kg ℃)n=moni_canshu(7); %工件节点数,个<1000 dt=60*moni_canshu(8); %时间步长，min to s m=moni_canshu(9); %时间步数,个<100 dx=s/(n-1);%计算dxf0=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:nTold(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:nbiaotou1={['第' num2str(ii) '点']};asc=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')Tnew(1,1:n)=tf;Tnew(n,1:n)=tf;Tnew(1:n,1)=tf;Tnew(1:n,n)=tf;for i=2:n-1for j=2:n-1Tnew(i,j)=Told(i,j)+f0*(Told(i-1,j)-4*Told(i,j)+Told(i+1,j)+Told(i,j-1)+Told(i,j+1)); endendTold=Tnew;pcolor(Told);%绘图shading interpcolormap(jet)pause(0.1)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('data1.xlsx');end图3 模拟物体的温度分布图2 模拟物体的温度等高线图和温度梯度分布图。

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）。

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。

西安交通大学传热学大作业一、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 W K m W h C t K m W h C t ∙=∙=︒=∙=︒=∞∞/53.0砖墙导热系数/20,10/4,30222211λ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：① 给出了边界上的温度，属于第一类边界条件：由对称性知边界1绝热： 0=w q ； 边界2、3为等温边界：t w2=0℃，t w3=30℃② 给出了边界上的边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度t f ，属于第三类边界条件 由对称性知边界1绝热： 0=w q ；边界2为对流边界，)()(2f w w w t t h n tq -=∂∂-=λ； 边界3为对流边界，)()(3f w w w t t h n t q -=∂∂-=λ。

1-1图2-1图三、数学模型网格划分：将长方形截面离散成31×23个点，用有限个离散点的值的集合来代替整个截面上温度的分布，通过求解按傅里叶导热定律、牛顿冷却公式及热平衡法建立的代数方程，来获得整个长方形截面的温度分布，进而求出其通过壁面的冷量损失。

步长为0.1m ，记为△x=△y=0.1m 。

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：()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+++==︒==︒==︒==︒==︒==︒==︒==︒=+-+-代表内部点,，点4126~6,1018,26~6,106,18~6,10,2618~6,10,631~1,3023,31~1,301,23~1,30,3123~1,30,11,1,,1,1,n m t t t t t n C m t n C m t n C n t n C n t n C m t n C m t n C n t n C n t n m n m n m n m n m 第二种情况对于外部角点（1,1）、（1,23）、（31,1）、（31,，23）有：()()02222,1,,22,,1,22=∆∆-+-∆+∆∆-+-∆±±x y t t t t x h y x t t t t yh n m n m n m f n m n m n m f λλ 得到：()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=++=++=++=22,3123,3023,312,311,301,3122,123,223,12,11,21,11865331400186533140018653314001865331400t t t t t t t t t t t t 同理可得：对于内部角点（6,6）（6,18）（26,6）（26,18） ，有()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++++=++++=++++=++++=7,2618,2518,2719,2618,267,266,256,275,266,2618,717,619,618,518,67,66,75,66,56,671853359533592000718533595335920007185335953359200071853359533592000t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t对于外部边界节点有()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++==+++==+++==+++=+-+-+-+-20~2,29253146537360020~2,29253146537360022~2,29253146537360022~229253146537360023,123,122,23,1,11,12,1,1,311,31,30311,11,1,21m t t t t m t t t t n t t t t n t t t t m m m m m m m m n n n n n n n n ，，， 对于内部边界节点有()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++==+++==+++==+++=+-+-+-+-25~7,6125330653153100025~7,6125330653153100017~7,6125330653153100017~7,6125330653153100018,118,119,18,6,16,15,6,1,261,26,27261,61,6,56n t t t t n t t t t n t t t t n t t t t m m m m m m m m n n n n n n n n ，， 对于内部节点有()1,1,,1,1,41+-+-+++=n m n m n m n m n m t t t t t传热问题的有限差分解法中主要采用迭代法。

题目：使用Python和GitHub进行二维稳态导热数值计算在科学研究和工程领域中，热传导是一个非常重要的现象。

特别是在材料研究、能源生产和环境工程方面，对于热传导的准确理解和计算是至关重要的。

而在二维稳态导热数值计算方面，Python和GitHub 的应用越来越受到关注和重视。

在这篇文章中，我将对二维稳态导热数值计算及其在Python和GitHub中的应用进行深度探讨，希望能够为你对这个主题的理解和应用提供一些帮助。

一、二维稳态导热数值计算的基本原理1. 二维稳态导热方程的描述及数值解法2. 有限差分法和有限元法在二维稳态导热数值计算中的应用3. 二维热传导问题的边界条件和初始条件设置4. 常用的二维稳态导热数值计算算法及其优缺点二、Python在二维稳态导热数值计算中的应用1. Python在科学计算和数值模拟方面的优势2. NumPy、SciPy和Matplotlib等Python库在二维稳态导热数值计算中的使用3. 通过Python实现二维稳态导热数值计算的示例和代码解析三、GitHub在二维稳态导热数值计算中的应用1. GitHub在科学研究和工程项目协作中的重要性2. 如何使用GitHub进行版本控制和团队协作3. 在GitHub上共享和获取二维稳态导热数值计算的开源代码和项目总结与展望二维稳态导热数值计算是一个复杂且重要的科学问题，而Python和GitHub为我们提供了强大的工具和评台来解决这个问题。

通过本文的探讨，希望能够帮助大家更深入地理解二维稳态导热数值计算的原理和方法，并且认识到Python和GitHub在这个领域的重要作用。

我个人认为，未来随着人工智能和大数据技术的发展，二维稳态导热数值计算将会得到更加广泛和深入的应用，而Python和GitHub作为强大的工具和评台，将大大促进这一进程的实现。

希望本文能够对您有所帮助，也欢迎大家对这个问题进行深入讨论和研究。

二维稳态导热数值计算是在二维空间中进行热传导模拟的一种重要方法。

实验一 二维墙角导热水电模拟一 实验目的1 巩固所学传热学和相似原理方面的知识，熟悉电模拟实验方法，测定出二维墙角导热温度场；2 参考二维墙角导热数值模拟的结果，对比实测与数值模拟之间方法和结果的差别。

二 实验原理大自然中有许多相类似的现象。

所谓类似，就是指事物客观发展过程不同，而描述它们的数学模型形式相同的现象。

固体内无内热源的稳定导热现象和导电体内无感应的稳定导电现象就是属于两种性质、但微分方程形式相同的类似现象。

它们都可以用拉普拉斯方程来描述，即02＝ϕ∇ (1)式中，ϕ可以代表电势，又可以代表温度。

因此，人们可以通过研究电学现象去确定导热现象的规律性。

这并不是利用现象本身的相似性，而是用类比的方法，用其它物理现象来重演所要研究的现象。

也可以说，是利用那些具有相同的数学微分方程式所表达的物理现象来互相模拟。

而测量电压、电流和电阻等参数比起测量热量和温度来说，既简便又精确。

这种研究方法称为电模拟，它具有很大的实用价值。

由于它们的数学方程属于同一类型，故两个现象的对应量之间存在一个类比关系。

由导热现象中的付立叶定律写出T R t x t q ∆∆∆=＝λ (2) 由导电现象中的欧姆定律写出AR uI ∆＝(3) 式中 q — 导热量， WΔt —温度差， Cλ — 物体的导热系数， )/(C m W ⋅x ∆— 导热物体的厚度，mT R — 导热体内的热阻， ℃/ WI — 导电量, A Δu — 电位差, VA R — 导电体内的电阻, Ω于是，可以建立用电流来模拟热流、用电势差来模拟温度差、用电阻来模拟热阻的类比关系。

根据相似原理，只要建立二者的几何条件相似和边界条件相似，则方程式的解就具有同一形式。

对于工程上简单的二维或三维导热温度场，如二维墙角的导热温度场，完全可以通过水电模拟方法来确定它的分布规律。

所谓几何条件相似，就是使导热体模型的各方向几何尺寸和导电体模型的各方向几何尺寸比值为同一相似倍数。

《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。

实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用五、实验原始记录（程序设计类实验：包括原程序、输入数据、运行结果、实验过程发现的问题及解决方法等；分析与设计、软件工程类实验：编制分析与设计报告，要求用标准的绘图工具绘制文档中的图表。

系统实施部分要求记录核心处理的方法、技巧或程序段；其它实验：记录实验输入数据、处理模型、输出数据及结果分析）1、进入GANBIT软件主控画面，进行→→操作创建坐标网格图，如下图1所示：图1 坐标网格图2、由节点创建直线、圆弧边，并有线组成面后，确定边界线的内部节点分布。

然后进行→→操作创建结构化网格，如下图2所示：3、进入FIUENT软件中，建立求解模型、设置流体属性、设置边界条件后，求解点击Solver →Iterate进行300次迭代后得到出口界面上的平均温度变化曲线，再进行200次迭代运算后，监视器曲线为一条直线，说明出口处平均温度已经达到稳定状态，如下图3所示。

4、显示实验结果。

在进行Display →Contours操作后，分别得到速度分布图，如下图4；温度分布图，如下图5；温度等值曲线图，如下图6；速度矢量图，如下图7；混合器内等压线图，如下图8；混合器内速度水头等值线图，如下图9。

在进行Plot →XY Plot操作后，得到出流口截面上温度、压力、速度分布图，分别如下图10、图11、图12所示。

图2 换热器的网格图图3 出口平均温度变化曲线（左为300次后，右为再200次后）图4 速度分布图图5 温度分布图图6 温度等值曲线图图7 速度矢量图图8 混合器内等压线图图9 混合器内速度水头等值线图图10 出流口截面上温度分布图图11 出流口截面上速度分布图图12 出流口截面上压力分布图5、利用二阶离散化方法重新计算得到混合器内温度分布图，如下图13所示。

图13 二阶离散化法得到混合器内温度分布图上图13与图5比较，可以看出温度分布得到较好的改善，说明使用二阶离散化方法计算结果更合理。

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=∂∂+∂∂ytx 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。

二维导热物体温度场的数值模拟作者：学号：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：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 ︒⋅=/3.50λ11h t ，∞ 1w t22h t ∞ 2w t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f ac （m ，n ） b x ∆x ∆=y ∆n y ∆e m d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：02222=∂∂+∂∂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：10,3011=︒=∞h C t C m W ︒⋅2/4,1022=︒=∞h C t C mW ︒⋅2/砖墙的导热系数C m W ︒⋅=/3.50λ 三：方程的离散如上图所示，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：由热平衡法可以得到，当x ∆=y ∆时： )t t t t (41t 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：● 恒温边界只需特殊考虑位于绝热平直边界上的节点：)t t 2t (41t 1,,1,1,--+++=n m n m n m n m ● 对流边界分为角点、绝热边界点和对流边界点。

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 。