传热大作业两种边界条件
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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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一维传热问题边界条件处理当计算区域的边界为第二,第三类边界条件时,边界节点的温度是未知量。
为使内部节点的温度代数方程组得以封闭,有两类方法可以采用,即补充以边界节点代数方程的方法及附加原项法。
这里将介绍边界节点代数方程的方法。
对于无限大平板的第二类边界条件,采用泰勒展开法时,只要把边界条件B q x dX dT ==δλ中的导数用差分表达式来代替即可,即k q x T T B M M ⋅+=-δ111。
上式的截差为一阶,而内点上如采用中心差分,则截差为二阶。
为了得出具有二阶截差的公式,可以采用虚拟点法。
在边界外虚设一点M1+1,这样节点M1就可视为内节点,其一阶导数即可采用中心差分:B M M q xT T =--+δλ21111 为了消去TM1+1,由一维、稳态、含内热源的控制方程可得在M1点的离散形式:()02211111=++--+S x T T T M M M δλ从以上两式中消去11+M T 得,()()λδλδxq S x x T T B M M +∆+=-111其中2/x x δ=∆,是节点M1所代表的控制容积的厚度。
下面给出一个算例进行说明。
设有一导热型方程,022=-T dx T d ,边界条件为x=0,T=0; x=1, dT/dx=1。
试将该区域4等分,用区域离散方法求出各节点温度。
解:采用区域离散方法时,网格划分如下图所示,内点上采用中心差分。
右端点采用二阶截差,离散方程为: 0163332=-T T 01633432=-+-T T T 01633543=-+-T T T 41323354=+-T T编程解上述方程组得出每个节点的温度。
方程代码如下(Fortran6.6):PROGRAM MAINUSE IMSLIMPLICIT NONEREAL :: A(4,4)=(/ 2.0625,-1.0,0.0,0.0,&-1.0,2.0625,-1.0,0.0,&0.0,-1.0,2.0625,-1.0,&0.0,0.0,-1.0,2.0625/) !矩阵A 的元素REAL :: B(4,1)=(/0.0,0.0,0.0,0.25/) !矩阵B 的元素REAL :: T(4,1) !4个节点的温度矩阵!EQUATION:!2.0625T2-T3=0!-T2+2.0625T3-T4=0!-T3+2.0625T4-T5=0!-T4+2.0625T5=0CALL LIN_SOL_GEN(A,B,T) !A*T=B,求解TWRITE(*,"(4F5.2)")TSTOPEND PROGRAM 0 T1 T3 T2 1/4 1/2 T5 T4 13/4。
热传导方程的热传输的边值问题一、引言热传导方程是描述热能传输的偏微分方程。
在热传输的研究中,边值问题是一个关键的问题,因为通过边界的能量交换是决定热平衡的主要因素。
本文将着重探讨热传导方程的边界问题,包括定解问题、第一类边值问题、第二类边值问题和第三类边值问题等。
二、定解问题热传导方程的定解问题需同时确定初始条件和边界条件。
通常初始条件是物体初始的温度分布,而边界条件则是物体与外界的热交换方式。
其中边界条件的选择对于解的质量有着至关重要的作用。
我们将从第一类边值问题开始探讨。
三、第一类边值问题第一类边值问题也称为Dirichlet边值问题,它的边界条件为固定的温度分布。
在第一类边值问题的研究中,需要根据温度场的分布确定物体内部的热流分布,以及物体与环境之间的热通量。
Dirichlet边值问题的一个典型应用是研究物体表面温度的分布,对于特定的材料和结构,可以通过先前的实验数据来确定温度的分布。
四、第二类边值问题第二类边值问题也称为Neumann边值问题,它的边界条件为固定的热流密度。
在第二类边值问题的研究中,需要根据热流密度的分布确定物体内部的温度分布,以及物体与环境之间的热通量。
通常情况下,第二类边值问题用于研究物体表面的热通量分布。
五、第三类边值问题第三类边值问题也称为Robin边值问题,它的边界条件为固定的温度和热流密度的线性组合。
在第三类边值问题的研究中,需要根据温度和热流密度的线性关系来确定物体内部的温度分布,以及物体与环境之间的热通量。
Robin边值问题具有较广泛的应用,例如许多机械工程中的冷却问题就可以归类为第三类边值问题。
六、总结本文主要探讨了热传导方程的边值问题,包括了定解问题、第一类边值问题、第二类边值问题以及第三类边值问题等。
在实际的工程应用中,热传导方程是研究热传输问题的基础,而针对不同的物理场景和问题,不同类型的边值问题也需要采取不同的求解方法。
对于工程领域中的热传输问题,深入地研究热传导方程的边值问题具有非常重要的意义。
散热边界条件散热边界条件是指在热传导过程中,热量传递的边界条件。
在工程实践中,正确理解和应用散热边界条件对于设计和优化热传导系统具有重要意义。
本文将从不同角度介绍几种常见的散热边界条件,以帮助读者更好地理解和应用散热边界条件。
一、固定温度边界条件固定温度边界条件是指在热传导过程中,某一边界上的温度是固定不变的。
例如,在散热器中,散热片表面的温度是固定的,因此可以将其视为固定温度边界条件。
在应用固定温度边界条件时,需要注意该边界条件是否合理,以免造成系统温度过高或过低的问题。
二、对流换热边界条件对流换热边界条件是指在热传导过程中,热量通过对流的方式传递到周围环境中。
对流是指流体通过流动而产生的热量传递方式,常见的对流有自然对流和强制对流两种。
在应用对流换热边界条件时,需要考虑流体的性质、流速、流动方向等因素,以确定适当的对流换热系数。
三、辐射换热边界条件辐射换热边界条件是指在热传导过程中,热量通过辐射的方式传递到周围环境中。
辐射是一种电磁波的传播方式,不需要介质的参与,因此可以在真空中传播。
在应用辐射换热边界条件时,需要考虑辐射的发射率、吸收率、温度差等因素,以确定适当的辐射换热系数。
四、绝热边界条件绝热边界条件是指在热传导过程中,某一边界上不发生热量交换,即热量无法通过该边界传递。
绝热边界条件常见于保温材料、隔热材料等应用中,目的是阻止热量的传递和损失。
在应用绝热边界条件时,需要考虑材料的导热性能和厚度等因素,以确保边界的绝热效果。
五、相变边界条件相变边界条件是指在热传导过程中,物质发生相变时的边界条件。
相变是指物质在温度或压力变化的情况下从一种状态转变为另一种状态,例如固体到液体的熔化、液体到气体的汽化等。
在应用相变边界条件时,需要考虑相变的潜热、温度变化等因素,以确定适当的边界条件。
六、周期性边界条件周期性边界条件是指热传导系统中存在周期性结构,热量在各个周期之间进行传递。
周期性边界条件常见于热管、热电模块等应用中,通过周期性边界条件可以模拟系统的周期性特征。
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。
本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!== 本文为word格式,下载后可方便编辑和修改! ==defg因为是自由边界,所以边界条件设定为流体传热开边界。
篇一:传热学问答题答案第一章思考题1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:-固体表面温度;q???dtdtdx,其中,q-热流密度;?-导热系数;dx-沿x 方,其中,q-热流密度;h-表面传热系数;4q?h(tw?tf)twtf-流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:q??T,其中,q -热流密度;?-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T-辐射物体的热力学温度。
3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?2答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m.K);③ 传热2系数的单位是:W/(m.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4.当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
第一章思考题1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:dx dt q λ-=,其中,q -热流密度;λ-导热系数;dx dt-沿x 方向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:)(f w t t h q -=,其中,q -热流密度;h -表面传热系数;w t -固体表面温度;f t -流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:4T q σ=,其中,q -热流密度;σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T -辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③ 传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5. 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。