传热大作业两种边界条件
传热学第一二三类边界条件

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。
- 1 -。
flotherm边界条件

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)
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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
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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。
《传热学讲义—第二章》
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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。
传热问题的基本方程有限元分析

温度场u分布云图
热流场x方向分布云图
热流场y方向分布云图
➢有限元语言描述文件
为生成该问题有限元计算的所有程序源代码,针对之前的ELAB有限元分析得到的微分方程弱 形式,ELAB软件提供简洁的有限元语言描述文件,包括微分方程描述文件、多物理场描述文件以 及求解命令流控制文件。
针对该问题的有限元描述文件包括heatxy.fde(温度场fde文件), hfxy.fde(热流场fde文件), heat.mdi, heat.gcn ✓微分方程描述文件heatxy.fde(温度场fde文件)
V
(nxkx
u x
nyky
u ) ud y
将边界条件代入上式(注意,对于已知温度边界条件,虚位移δu为0,可得 :
V
(c
u t
u
kx
u x
u
x
ky
u y
u )dV
y
Q udV
V
q q0 ud
瞬态热传导有限元分析 ➢工程背景
u t
u
kx
u x
u x
ky
u y
u )dV y
Q udV
V
q q0 ud
未知变量:
DISP u u
未知变量定义微分方程弱形式中 的变量
材料参数:
MATE ek ec q 1.0 1.0 0.0 kx(ky) ρc q
材料参数行对应微分方程弱形式 中的变量(考虑各向同性材料,各
在heatxy.fde给出单元的待求未知量,涉及到的材料参数,单元的形函数表达式,刚度 矩阵表达式和载荷表达式,以及为描述刚度矩阵和载荷向量而自定义的函数。 以下给出微分方程描述文件中与微分方程弱形式对应的部分(详细的解析见《有限元分析基础 和应用》中相关章节):
FLUENT UDF应用实例:传热热问题第二第三类热边界条件转换成第一类边界条件

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。
传热过程分析与换热器的热计算复习

特征长度 l :板长
定性温度: tm
1 2
t
tw
适用范围:层流边界层 Re 5.0 105
4、普朗特数的物理意义
2020/7/26
Pr
a
动量扩散率 热量扩散率
12
5、
准则方程式
特征长度
流体外掠平板 Nu 0.664 Re1 2 Pr1 3 板长
管内受迫对流 Nu 0.023 Re0.8 Pr n 内径或 de
2020/7/26
6
实验一 稳态平板法测定绝热材料的导热系数
0 (1 bt )
·(tm2 , m2 ) ·(tm1 , m1 )
tm
1 2
tw高 tw低
m
q
tw高 tw低
q P
t
பைடு நூலகம்
2A
实测值为:t w高、t w低、P
2020/7/26
7
※
※
※
※
※
※
2020/7/26
8
2020/7/26
流体外掠单管
Nu C Ren Pr1 3
外径
流体外掠管束
Nu C Rem
外径
大空间自然对流 Nu CGr Pr n
H或外径
有限空间自然对流
Nu
C Gr
Pr n
H
m
定性温度
1 2
tw
t
1
2
t
' f
t
'' f
1 2
tw
t
1
2 tw t f
1 2
tw
t
1 2
t
w1
t
w
2
换热器数值计算中传热边界条件的设定

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。
边界条件

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.。
传热学知识点总结
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第一章§1-1 “三个W”§1-2 热量传递的三种基本方式§1-3 传热过程和传热系数要求:通过本章的学习,读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解,并能进行简单的计算,能对工程实际中简单的传热问题进行分析(有哪些热量传递方式和环节)。
作为绪论,本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化,具体更深入的讨论在随后的章节中体现。
本章重点:1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法2.热量传递的三种基本方式(1).导热:依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。
传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。
傅立叶导热公式:(2).对流换热:当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。
牛顿冷却公式:(3).辐射换热:任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力,辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。
由于电磁波只能直线传播,所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。
黑体热辐射公式:实际物体热辐射:3.传热过程及传热系数:热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。
最简单的传热过程由三个环节串联组成。
4.传热学研究的基础傅立叶定律能量守恒定律+ 牛顿冷却公式+ 质量动量守恒定律四次方定律本章难点1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同,但却可以(串联或并联)同时存在于一个传热现象中。
2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程,且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。
思考题:1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和,经过拍打以后,效果更加明显。
为什么?2.试分析室内暖气片的散热过程。
3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。
试用传热学观点解释原因。
4.从教材表1-1给出的几种h数值,你可以得到什么结论?5.夏天,有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起,一个表面已结霜,另一个则没有。
热传导与导热性质

热传导与导热性质热传导是指热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程。
它是固体、液体和气体中热传递的主要方式之一。
热传导的实质是热量通过分子、原子或电子的振动、碰撞和迁移来传递。
一、热传导的基本定律1.傅里叶定律:热传导速率与物体材料的导热系数、温度梯度和物体截面积的乘积成正比,与物体厚度成反比。
公式为:Q = k * A * ΔT / L,其中Q表示热流量,k表示导热系数,A表示物体截面积,ΔT表示温度梯度,L表示物体厚度。
2.热传导的边界条件:物体与外界环境之间的热交换关系。
常见的边界条件有:第一类边界条件(Dirichlet条件),物体与外界环境温度相等;第二类边界条件(Neumann条件),物体与外界环境之间的热流密度相等;第三类边界条件(Robin条件),物体与外界环境之间的热流密度与温度差有关。
二、导热性质1.导热系数(热导率):表征材料导热性能的物理量。
导热系数越大,材料的导热性能越好。
不同材料的导热系数不同,如金属导热性能好,木材和空气导热性能差。
2.热阻:阻碍热量传递的物理量。
热阻与导热系数成反比,与物体厚度和截面积的乘积成正比。
热阻越大,热量传递越慢。
3.热扩散系数:表征材料内部热量传播速度的物理量。
热扩散系数越大,热量在材料内部传播越快。
4.热容:表征物体吸收或释放热量的能力。
热容越大,物体在吸收或释放热量时温度变化越小。
5.比热容:表征单位质量物体吸收或释放热量的能力。
比热容越大,单位质量物体在吸收或释放热量时温度变化越小。
三、热传导的 applications1.热交换器:利用热传导原理制成的设备,用于在两种不同温度、不同比热或不同导热性能的流体之间进行热量交换。
2.散热器:用于计算机、灯具等设备中,将产生的热量通过热传导传递到散热片上,再通过空气对流将热量散发掉,以保持设备温度稳定。
3.保温材料:具有较低导热系数的材料,用于建筑、航空航天等领域的保温、隔热。
4.热敏电阻:利用材料导热性能随温度变化的特性,制成的一种传感器,用于测量温度或控制温度。
flotherm边界条件

flotherm边界条件摘要:1.FLOTHERM 简介2.边界条件概述3.常见边界条件类型及其设置4.边界条件对热传递的影响5.总结与建议正文:FLOTHERM 是一款广泛应用于电子散热领域的热分析软件,通过模拟电子设备的热行为,帮助工程师优化散热设计。
在FLOTHERM 中,边界条件是影响热传递效果的关键因素。
本文将对FLOTHERM 中的边界条件进行详细介绍,以帮助读者更好地理解和应用这款软件。
一、FLOTHERM 简介FLOTHERM 是一款专业的热分析软件,它可以模拟电子设备在不同工况下的热行为,为工程师提供散热设计的优化方案。
FLOTHERM 具有丰富的模型库和材料库,可以快速创建和分析复杂的三维热模型。
此外,FLOTHERM 还具有强大的边界条件设置功能,可以满足各种热传递场景的需求。
二、边界条件概述边界条件是FLOTHERM 中的重要组成部分,它描述了模型与外部环境之间的热交换方式。
在FLOTHERM 中,边界条件分为以下几类:1.温度边界条件:设置模型表面的温度值,用于模拟恒定温度或随时间变化的温度环境。
2.热流密度边界条件:设置模型表面的热流密度,用于模拟热源或热流的作用。
3.对流换热边界条件:设置模型表面的对流换热系数和流体温度,用于模拟自然对流或强制对流环境。
4.辐射换热边界条件:设置模型表面的辐射换热系数和环境温度,用于模拟辐射换热环境。
5.内部热源边界条件:设置模型内部的热源强度和位置,用于模拟内部热源的影响。
三、常见边界条件类型及其设置在实际应用中,根据不同的热传递场景,可以选择合适的边界条件进行设置。
以下为常见边界条件类型及其设置方法:1.温度边界条件:在模型表面设置一个恒定温度或随时间变化的温度曲线。
例如,可以设置设备工作时的温度范围,以模拟实际工作环境。
2.热流密度边界条件:在模型表面设置一个恒定或随时间变化的热流密度。
例如,可以设置电子设备功耗引起的表面热流密度。
热通量边界条件

热通量边界条件
热通量边界条件是指在固体表面或界面上,单位面积单位时间内从固体传递给流体的热量。
在热传导方程中,热通量边界条件是非常重要的一个参数,它描述了固体表面的热交换情况。
在热传导问题中,通常有三种类型的热通量边界条件:第一类边界条件,第二类边界条件和第三类边界条件。
第一类边界条件是指在固体表面处的热流密度已知,这种边界条件通常常常出现在加热或冷却过程中。
例如,在固体表面沿法向方向的热流密度可以通过测量表面温度以及热传导系数进行计算得出。
对于第一类边界条件而言,通常需要在数值求解过程中,将其转换为边界温度条件,即通过已知的热流密度和热传导系数计算得到固体表面的温度值,然后将其作为边界条件进行求解。
第二类边界条件是指在固体表面处的热流密度随时间变化,这种边界条件通常在瞬态热传导或瞬态加热或冷却过程中出现。
例如,在一些特殊的加热或冷却过程中,热流密度可能会随时间变化。
对于这种边界条件,可以通过数值方法进行求解,通常需要使用一些迭代算法求解。
第三类边界条件是指在固体上仅知道温度,而不知道热流密度。
这种
边界条件通常在较复杂的问题中出现,例如,液体对固体进行冷却过
程中,由于流动条件的不确定性,热流密度很难确定。
对于这类问题,通常需要通过对流传热模型进行求解。
总之,热通量边界条件是热传导问题中的重要参数之一,不同类型的
边界条件需要采取不同的数值求解策略,以便获得合理可靠的结果。
传热知识点汇总

三类边界条件:1.第一类边界条件已知任何时刻物体边界面上的温度值2.第二类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的热流密度值3第三类边界条件是已知边界面周围流体温度t和边界面与流体之间的表面传热系数h吸收比:投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。
反射比:投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。
穿透比:投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。
黑体:吸收比α= 1的物体。
白体:反射比ρ=l的物体(漫射表面) 透明体:透射比τ= 1的物体灰体:光谱吸收比与波长无关的理想物体。
雷诺数Re= 5555 反映流态,Re数增大,说明惯性力作用扩大格拉小夫准则:Gr=显示自然对流流态对换热的影响普朗特准则:Pr= 高度概括了所有流体的属性和分类。
努谢尔特准则Nu= 表征壁面法向无量纲过余温度梯度大小,反映对流换热强度。
速度边界层:在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。
温度边界层:在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。
当具有粘性且能润湿壁的流体经过壁面时,粘滞力将制动流体的运动,形成边界层,流体质点运动相互平行,且一层一层有秩序的滑动,称为层流边界层,在紊流区质点延主流运动方向的周围做紊乱的不规则运动为紊流边界层。
流动边界层的几个重要特性1,流动边界层极薄厚度与壁的定性尺寸相比较小,2边界层存在较大的速度梯度。
3边界层流态分层流和紊流,紊流边界层靠壁处仍将是层流,称层流底层。
4流场可划分为主流区和边界层区,只有在边界层区才显示流体粘性的影响。
物理相似:1.必须是同类现象。
2相似倍数间存在某种特定的制约关系。
3物理量的实践性和空间性。
相似三原理解决了,1实验时测量各相思准则中包含的全部物理量,其中物性有实验中的定性温度决定。
3实验结果可以推广到相似的现象。
热流量:单位时间内所传递的热量热流密度:单位传热面上的热流量导热:当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。
传热学第一类边界条件和第二类边界条件

传热学第一类边界条件和第二类边界条件
传热学中的第一类边界条件,也称为Dirichlet边界条件,是指在一个传热问题中,确定性地指定了边界上的温度或温度梯度。
这意味着在问题求解过程中,我们已经知道了边界上的温度或温度梯度,而不需要再进行计算。
这种边界条件可以用数学表达式或实验测量来确定。
例如,在一个热传导问题中,我们可能知道一块热板的一个表面的温度为100℃,这就是一个第一类边界条件。
通过这个边界条件,我们可以得出在该边界表面上的温度分布。
第二类边界条件,也称为Neumann边界条件,用于指定边界上的传热速率或热通量。
在这种情况下,我们并不知道边界上的温度或温度梯度,但我们知道边界上的传热速率或热通量。
传热速率是指单位时间内通过单位面积的热量。
以热传导问题为例,我们可能知道一块热板的一个表面的传热速率为200 W/m^2,这就是一个第二类边界条件。
通过这个边界条件,我们可以得出在该边界表面上的热流分布。
传热大作业两种边界条件

in
四:编程思路及流程图
五、实验结果
等温边界程序运行结果:
QIC:\Windows\system32\cmd.exe
对流边界程序运行结果:
画C:\Windows\system32\cmd.exe
XPAN JIAOTONG UNIVERSITY
Report of 'Heat Transfer1Computer Practice
二维导热物体温度场的数值模拟
作者:
隋毅学 号:2111802024
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:
能动A16
指导教师:
李增耀
二维导热物体温度场的数值模拟
一:物理描述
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。
Hale Waihona Puke 第一种情况:内外壁分布均匀地维持在0弋及30°C;
等温边界节点温度分布图
do
对流边界节点温度分布图:
vn
附:fortran语言编写的程序:
1.1.第一类边界条件
program suiyi
implicit none
REAL::t (13, 16), ta(13, 16)
!Q1为从外表面所算得的热量,Q2为从内表面所算得
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end do
else
goto 1
end if
Q1=0 !初始外表面导热量
do i=2,15
Q1=Q1+(t(1,i)-t(2,i))*LAMD !第一行减去第二行的
end do
do i=2,12 !第一列的减去第二列的
Q1=Q1+(t(i,1)-t(i,2))*LAMD
end do
Q1=Q1+(0.5*(t(1,16)-t(2,16))+0.5*(t(13,1)-t(13,2)))*LAMD
end do
do i=2,12 !第一列的减去第二列的
Q1=Q1+(t(i,1)-t(i,2))*LAMD
end do
Q2=0 !初始内表面导热量
do j=6,15
Q2=Q2+(t(5,j)-t(6,j))*LAMD !第六列及以后的第五行的减去第六行的
end do
do i=6,11 !第六行以后的第五列减第六列
end do
do i=2,5 !绝热边界节点温度计算
t(i,16)=0.25*(t(i-1,16)+t(i+1,16)+2*t(i,15))
end do
dtm=0.0
do i=2,13
do j=2,16
dt=abs(t(i,j)-ta(i,j))
if(dtm<dt)dtm=dt
ta(i,j)=t(i,j)
end do
end do
if(dtm<epsilon)then !温度分布
print*,'温度分布为:'
do i=1,6
write(*,'(16(f5.1))',advance='no')t(i,:)
print*
end do
do i=7,13
write(*,'(16(f5.1))',advance='yes')t(i,1:6)
end do
do i=2,5 !绝热边界节点温度计算
t(13,i)=0.25*(t(13,i-1)+t(13,i+1)+2*t(12,i))
end do
do i=2,5 !绝热边界节点温度计算
t(i,16)=0.25*(t(i-1,16)+t(i+1,16)+2*t(i,15))
end do
do i=2,12
1.1.
program cuanre
implicit none
REAL::t(13,16),ta(13,16)
REAL::dt,dtm,Q1,Q2,Q!Q1为从外表面所算得的热量,Q2为从内表面所算得的热量,!Q为二者的平均
REAL::LAMD=0.53 !导热系数
INTEGER::i,j
REAL::epsilon=1.e-6 !偏差
第二种情况:内外表面均为第三类边界条件,且已知:
砖墙的导热系数
图1-1
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2-1;
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:
t=20.0 !迭代初值
ta=0.0
t(1,:)=30.0 !外边界表面30度
t(:,1)=30.0
do i=6,16 !内边界表面0度
t(6,i)=0.0
end do
do i=6,13
t(i,6)=0.0
end do
1 do i=2,5 !二到五行内部节点温度
do j=2,15
t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1))
t(i,1)=(0.1*h1*t_outflow/LAMD+(t(i+1,1)+t(i-1,1))/2+t(i,2))/(2+0.1*h1/lamd)
end do
do j=2,15
t(1,j)=(0.1*h1*t_outflow/LAMD+(t(1,j+1)+t(1,j-1))/2+t(2,j))/(2+0.1*h1/lamd)
Q2=0 !初始内表面导热量
do i=6,15
Q2=Q2+(t(5,i)-t(6,i))*LAMD!第六列及以后的第五行的减去第六行的
end do
do i=6,11 !第六行以后的第五列减第六列
Q2=Q2+(t(i,5)-t(i,6))*LAMD
end do
Q2=Q2+(0.5*(t(5,16)-t(6,16))+0.5*(t(13,5)-t(13,6)))*LAMD
dtm=0.0
do i=2,13
do j=2,16
dt=abs(t(i,j)-ta(i,j))
if(dtm<dt)dtm=dt
ta(i,j)=t(i,j)
end do
end do
if(dtm<epsilon)then !温度分布
print*,'温度分布为:'
do i=1,6
write(*,'(16(f5.1))',advance='no')t(i,:)
参考文献
[1]西安交通大学等编,传热学实验指导书,热与流体实验中心
[2]周振红等主编,Fortran90/95高级程序设计,黄河水利出版社,2005
[3]杨世铭,陶文铨编著,传热学,高等教育出版社,2006
一:物理描述
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0 及30 ;
第一类边界条件:内外壁分布均匀地维持在0 及30 ;
=30
=0
第三类边界条件:内外表面均为第三类边界条件,且已知:
砖墙的导热系数
f a
(m,n)
c b
=
n
e m d
图2-1
三:方程的离散
如上图2-1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:由级数展开法或热平衡法都可以得到,当 = 时:
Q=(Q1+Q2)/2.0
write(*,'(a,f8.3,a)',advance='yes')'每米高1/4墙的导热量为:',Q,'W'
end program
1.2.
program cuanre
implicit none
REAL::t(13,16),ta(13,16)
REAL::dt,dtm,Q1,Q2,Q ,e !Q1为从外表面所算得的热量,Q2为从内表面所算得的热量,!Q为二者的平均
XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY
Report of 'Heat Transfer'Computer Practice
二维导热物体温度场的数值模拟
作者:
王健
学号:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ09201117
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:
能动B93
指导教师:
王秋旺
杨剑
二维导热物体温度场的数值模拟
1对于(m,n)为边界节点时:
1)位于平直边界上的节点:
2)外部角点:如图2-1中a、b、d、e、f点,
3)内部角点:如图2-1中c点,
由已知条件有,当m=1或n=13时的节点的温度衡为 =30 ,当(m=6且n<9)和(n=8且6<m<17)时的节点的温度为 =0 。
四:编程思路及流程图
附:fortran语言编写的程序:
do j=2,15
t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1))
end do
end do
do i=6,12!六到十二行内部节点温度
do j=2,5
t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1))
end do
end do
end do
do i=6,12 !六到十二行内部节点温度
do j=2,5
t(i,j)=0.25*(t(i-1,j)+t(i+1,j)+t(i,j-1)+t(i,j+1))
end do
end do
do i=2,5 !绝热边界节点温度计算
t(13,i)=0.25*(t(13,i-1)+t(13,i+1)+2*t(12,i))
print*
end do
do i=7,13
write(*,'(16(f5.1))',advance='yes')t(i,1:6)
print*