传热与流动的数值计算

帕坦卡：传热与流体流动的数值计算书的特点：1)8年的工作经验的总结2)简洁而系统3)可以到达数值计算的前沿4)三个人的贡献：spalding，patankar，张政，于1984年3月第一章引论1.1范畴传热、流体的重要性传热，传质，流体流动，两相流，化学反应等，广泛存在于冶金，化工，机械，建筑，电子天气等几乎贯穿于各个行业；预测的本质：预测温度、压力，速度，浓度，应力；进而得到热量，流量，受力等；路线：简单的数学公式，不进行推导，从物理意义上理解，这门课程最好是在学习过传热学和流体力学之后进行学习，即使没有学习过，也没有关系，仍然能够达到一定高度。

1.2预测的方法实验研究的问题，1)昂贵2)模化反推的误差3)无法模化，如燃烧与沸腾1.3理论计算一组微分方程组，如果采用纯理论解析解，能够解决的问题少的可怜。

数值计算方法和计算机的发展，几乎得到这些方程的隐含解。

即数值解。

使用非连续的点表示一个量的场。

理论计算的优点1)速度快2)成本低3)资料完备，信息量大，如温度，压力速度等4)模拟真实条件的能力5)模拟理想条件的能力理论计算的缺点模型的适用程度限制计算的效能将实际问题分成两类：A、可以使用适合的数学模型来描述的问题B、无法可以使用适合的数学模型来描述的问题对于A类，使用计算是非常优越的，但是对于求非常少数内容的且结构非常复杂的，不易使用计算方法，如求得一个机构是否复杂设备的流体压力损失，就不如采用实验方法。

对于B类问题，没有很好的办法，目前就是通过人工建设，把它转化成A类问题，并结合实验，进一步修正模型。

1.4 预测方法选择1)实验方法还是唯一的2)综合分析3)设计4)讨论分析5)最佳方案：计算＋实验1.5主要内容九章：三章基础，三章推演，三章应用1)基础：现象，微分方程，数值方法步骤2)推演：处理导热，对流与导热，速度场本身的计算；特点是由一维推演到多维3)应用：。

流动与传热的数值计算流动与传热是物理学中两个重要的概念，它们在我们日常生活中起着重要的作用。

流动是指物质在空间中的移动过程，而传热是指热能从高温区域向低温区域传递的过程。

让我们来了解一下流动。

流动是一种常见的现象，它存在于我们生活的方方面面。

例如，当我们打开水龙头时，水就会从水源处流向下游。

这个过程中，水的分子不断地向前移动，形成了水的流动。

流动的速度可以用流速来表示，通常以米每秒（m/s）为单位。

流速的大小受到多种因素的影响，包括物质的性质、管道的直径和形状等。

在工程领域中，流动的研究对于设计和优化流体系统非常重要。

除了流动，传热也是一个重要的概念。

传热是热能从高温物体传递到低温物体的过程。

这个过程中，热能通过传导、对流和辐射三种方式进行传递。

传导是指热能通过物质的直接接触传递，例如当我们将一根金属棒的一端放在火上，另一端很快就会变热。

对流是指热能通过流体的运动传递，例如当我们在锅中煮水时，水底部受热后会上升，形成对流现象。

辐射是指热能通过电磁波的辐射传递，例如太阳的热能通过辐射传递到地球上。

在实际应用中，流动与传热经常同时发生。

例如，当我们使用空调时，空气通过空调设备进行流动，并且热能也通过传热的方式从室内传递到室外。

这个过程中，空气的流速和传热的效率对于空调的制冷效果起着重要的影响。

为了更好地理解流动与传热的数值计算，我们需要借助数学模型和计算方法。

例如，在流动中，我们可以使用流体力学方程来描述流体的运动规律，并通过数值方法来求解这些方程。

这些数值计算可以帮助我们预测流速、压力分布等参数，从而优化流体系统的设计。

在传热中，我们可以使用热传导方程来描述热能的传递规律，并通过数值方法来求解这些方程。

这些数值计算可以帮助我们预测温度分布、热传导速率等参数，从而优化热传递设备的设计。

除了数值计算，实验方法也是研究流动与传热的重要手段之一。

通过实验，我们可以直接观察流动和传热现象，获取实际数据，并验证数值计算的准确性。

热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。

热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。

以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。

其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。

2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。

其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。

3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。

其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。

其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。

以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。

在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。

流动\传热与燃烧数值计算研究生课程教学改革探讨[摘要]流动、传热与燃烧数值计算是中南大学能源科学与工程学院面向全体研究生开设的重要技术基础课程。

由于该课程既基于经典流体力学、传热学与燃烧学理论, 又依赖于现代计算技术，学生学习起来感觉有一定难度。

本文结合教改项目的实施, 探讨该门课程的教学内容和教学方法。

教学实践表明，本课程教学方法既提高了学生的基本技能，又加强了学生对流动、传热与燃烧机理的了解, 为后续的科研工作打下良好的基础。

[关键词]计算流体力学数值传热学教学方法基本技能随着现代科学技术的发展,计算机技术已广泛应用于各行各业中，现在对一个工科研究生，不仅要求有坚实的本领域的专业知识，而且有比较扎实的计算机知识,对能源领域的研究生而言更是如此。

鉴于此,中南大学能源科学与工程学院面向全院研究生开设了《流动、传热与燃烧数值计算》课程，该门课程具有鲜明的专业特色与多学科交叉特点，融合了本学科领域的部分最新科研成果，对培养能源类相关专业的研究型人才，具有重要的支撑作用，是我校能源科学与工程学院研究生教学的特色课程之一。

该课程要求学生具有宽厚的高等流体动力学、高等传热学与燃烧学基础，扎实的计算机编程的基本技能。

国内很多高校根据本校优势学科将计算流体力学、数值传热学等等课程纳入研究生教学体系，但面对研究生开设以流动、传热与燃烧过程为数值模拟对象的课程很少，教学内容和教学方法都需要探索。

本文结合教改项目的实施，以培养学生面向流动、传热与燃烧过程的数值模拟技能为目标,以解决能源领域的相关实际问题为导向，探讨《流动、传热与燃烧数值计算》课程教学内容及教学方法。

一、课程教学内容近年来随着经济快速发展，能源问题日益突出，而能源的利用过程中伴随着大量的流动、传热与燃烧过程，能源的合理利用需要能源领域的研究人员对流动、传热与燃烧过程的机理有深入的认识。

为适应经济社会对能源领域人才的需求,《流动、传热与燃烧数值计算》课程设置的内容以培养研究生的基本技能、适应能源领域的科研工作需要为出发点，围绕能源领域实际需求，将教学内容和科研与工程实际问题密切结合。

传热与流体流动的数值计算在我们生活的这个五光十色的世界里，传热与流体流动的数值计算就像是一块神秘的拼图，拼出的是科学与生活的千丝万缕。

想象一下，炎热的夏天，你坐在空调下，轻松惬意。

这个看似简单的享受，其实背后可有一番复杂的道道。

传热，就像给热量“搬家”，热量从一个地方跑到另一个地方，就像小孩子追着冰淇淋车跑，恨不得把凉爽带回来。

流体流动更是一场表演，水、空气，甚至油，都是这个舞台上的主角。

它们在管道里、河流中、甚至在我们的身体里，尽情舞动。

说到数值计算，嘿，这可不是那么简单的事儿。

要把这些复杂的现象用数字表达出来，真得费不少脑筋。

就好比你在做一道数学题，题目看似简单，但越往下看，越觉得麻烦。

这就是科学家们的挑战。

他们得用电脑程序来模拟这些过程，就像是在玩一个巨大的沙盘游戏。

数字在屏幕上跳来跳去，变幻莫测，仿佛在告诉你，嘿，快来看看我在这里干嘛呢！而这些数字背后，隐藏的其实是自然规律，流体如何流动，热量如何传递，全在这其中。

传热的方式多种多样，有传导、对流和辐射。

传导嘛，简单说就是“手握手”，热量通过接触传递，就像你把手放在热水里，立刻感到温暖。

对流就更有趣了，想象一下，当水在锅里加热时，底部的水分子先热起来，像是兴奋的小朋友，争先恐后地往上跑，形成了一个循环。

而辐射呢，哦，这就像阳光照射过来，你不需要和太阳“握手”，它的热量就能到达你身边。

这些传热的方式，就像是大自然给我们上了一堂生动的课，让我们感受到热量是如何在不同的环境中游走的。

再说流体流动，这就像是江河奔腾、海洋翻滚。

想象一下，河水顺着坡度流下，水面上的小船随着波浪摇摆，那真是一幅美丽的画面。

流体流动不仅仅是在河里，在我们的生活中，空气在我们的周围流动，呼吸之间都蕴藏着流体力学的秘密。

还有那些在管道里流动的液体，数值计算就像是在为这些流动的液体打个分数，看看谁更快、谁更稳，简直就是流动的奥运会。

数值计算也不是万能的，有时候它们就像一把双刃剑，能帮助我们，但也可能让我们迷失方向。

管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料1管壳式换热器流动及传热的数值模拟尤琳,山东豪迈化工技术摘要:本文以管壳式换热器为例, 辅以有限元软件进行流场模拟, 通过合理简化模型和设置合理的进出口边界条件, 对流体的流动和传热进行数值模拟, 得到相应的速度、压力、温度分布云图, 对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。

引言换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。

在化工厂中, 换热器的约占总的 10%~20%;在炼油厂中,该项约占总的 35%~40%。

换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要, 也是余热、废热回收利用的有效装置。

鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状, 改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径, 将产生重要的经济效益和社会效益。

1换热器介绍1.1换热器分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构形式也不同,按照传热原理分类,可分为:间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器;按照用途分类,包括:加热器、预热器、过热器、蒸发器; 按照结构分, 可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。

间壁式换热器举例蓄热式换热器举例直接接触式换热器举例1.2换热器研究及发展动向(1物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性, 取决于物性模拟的准确性。

因此, 物性模拟一直为传热界重点研究课题之一, 特别是两相流物性的模拟, 这恰恰是与实际工况差别的体现。

实验室模拟实际工况很复杂, 准确性主要体现与实际工况的差别。

纯组分介质的物性数据基本上准确, 但油气组成物的数据就与实际工况相差较大, 特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。

为此, 要求物性模拟在试验手段上更加先进,测试的准确率更高。

从而使换热器计算更精确,材料更节省。

1 傅立叶定律傅立叶定律是导热理论的基础。

其向量表达式为:q g r a d T λ=-⋅ (2-1)式中:q —热流密度，是向量，2/()Kcal m h ；gradT —温度梯度，是向量，℃/m ；λ—导热系数，又称热导率，/()Kcal mh C ； 式中的负号表示q 的方向始终与gradT 相反。

2 导热系数（thermal conductivity ）及其影响因素导热系数λ（/()Kcal mh C ）是一个比例常数，在数值上等于每小时每平方米面积上，当物体内温度梯度为1℃/m 时的导热量。

导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1度（K ，°C ）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度，w/m·k （W/m·K,此处的K 可用℃代替）。

导热系数为温度梯度1℃/m ，单位时间通过每平方米等温面的热传导热流量。

单位是：W/(m·K)。

3．热传导微分方程推导 ♥ 在t 时刻w 界面的温度梯度为xT∂∂在t 时刻e 界面的温度梯度为dx x T x T dx x x Tx T 22∂∂+∂∂=∂∂∂∂+∂∂ 单位时间内六面体在x 方向流入的热流量为：dydz xT∂∂-λ； 单位时间内六面体在x 方向流出的热流量为：dydz dx x T x T ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂-22λ；单位时间内六面体在x 方向流入的净热量为：dxdydz xT22∂∂λ 图3-1 微分单元体各面上进出流量示意图同理，单位时间内六面体在y 方向流入的净热量为：dxdydz yT22∂∂λ； 单位时间内六面体在y 方向流入的净热量为：dxdydz z T 22∂∂λ； 单位时间内流入六面体的总热量为：dxdydz z T y T xT ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂222222λ (3-1) 六面体内介质的质量为:dxdydz ρ。

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