数值传热学 西安交大 第五章

.传热大作业二维导热物体温度场的数值模拟姓名：刘璇班级：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：内外壁分别均与地维持在0℃及30℃；第二种情况：内外壁均为第三类边界条件，且已知：砖墙的导热系数二．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，其控制方程和边界条件如下：边界条件（情况一）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．方程离散对于内节点，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]) 1jt[i][11]=0.25*(2*t[i][10]+t[i-1][11]+t[i+1][11]) 1外等温边界点：t[i][j]=30内等温边界点：t[i][j]=0情况二：（Bi1,Bi2为网格Bi数，）绝热平直边界点：t[15][j]=0.25*(2*t[14][j]+t[15][j-1]+t[15][j+1]) 1jt[i][11]=0.25*(2*t[i][10]+t[i-1][11]+t[i+1][11]) 1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) 1t[0][j]=(2*t[1][j]+t[0][j+1]+t[0][j-1]+2*Bi1*tf1)/(2*Bi1+4) 1内侧对流平直边界：t[i][5]=(2*t[i][4]+t[i+1][5]+t[i-1][5]+2*Bi2*tf2)/(2*Bi2+4) 6t[5][j]=(2*t[4][j]+t[5][j+1]+t[5][j-1]+2*Bi2*tf2)/(2*Bi2+4) 6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分别表示内外边界的散热量。

运行软件：
Microsoft PowerStation 4.0.
注意：本程序如果采用CVF （Compaq Visual FORTRAN）会发生编译出错。

这是因为在程序中产生数组越界问题，大概是CVF编译检查比较严格，所以编译无法通过。

但是如果在CVF中采用Release模式编译，编译可以通过。

Microsoft PowerStation不会出现此问题。

编译运行：
网上不少人都问及此问题，实际上比较简单。

大家可以按下操作：
1．先安装Microsoft PowerStation 4.0，如图1。

图1
2. 从/ydm/simpler.rar下载程序压缩文件。

解压缩后，如图2，找到main.f 文件，双击打开，进入程序界面，如图3。

图2
图3 3．编译main.f文件，如图4。

图4 编译过程及结果，如图5，6。

编译完成：
4．添加子程序文件，如图7，8，9。

图7 这里有11个例子，选取其中一个即可。

图8
图9
one.f子程序已经加入。

5．再编译main files中全部文件，如图10，11。

图10
图11
6．运行程序，如图12。

图12 7．程序运行结果，如图13。

图13 注：其他例子依此类推。

弘扬爱国奋斗精神，建功立业新时代返回上一级单选题（共30题，每题2分）1 ．1957年，迁校问题出现争议时，陈大燮提出了（）建议，成为后来交大迁校新方案“一个交大，两个部分”的雏形，成功地解决了迁校问题，最终也形成了今天上海交大和西安交大两所名校。

•A．“一个交大分设两地，师生设备互相调剂”•B．“一个交大分设两地，师生设备互相独立”•C．“两个交大分设两地，师生设备互相调剂”•D．“两个交大分设两地，师生设备互相独立”我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无2 ．（）是第一位讲授机电学的中国教授，也是中国第一台交流发电机与电动机的研制者，被誉为“中国电机之父”。

•A．陈学俊•B．彭真•C．彭康•D．钟兆琳我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无3 ．今日的西安交通大学是一所具有理工特色，涵盖理、工、医、经济、管理、文、法、哲、教育和艺术等（）个学科门类的综合性研究型大学。

•A．9个•B．10个•C．11个12个我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无4 ．陈学俊教授是我国热能动力工程学家，中国锅炉专业、热能工程学科的创始人之一，（）学科的先行者和奠基人。

•A．单向热流物理•B．多相流热物理•C．双向热流物理•D．三向热流物理我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无5 ．王锡凡，西安交通大学教授，长期从事电力系统的理论研究，他的著作（），填补了我国在电力系统规划研究领域的空白，并于1992年，获得全国优秀电力科技图书一等奖。

•A．《电力系统分析》•B．《电力系统计算》•C．《电力系统优化》•D．《电力系统优化规划》我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无6 ．陈学俊教授1980年当选为中国科学院院士（学部委员），1996年当选为( )院士。

•A．中国工程院院士•B．美国科学院院士•C．美国工程院院士第三世界科学院院士我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无7 ．2016年，邱爱慈教授在学校“青年论坛”上做（）专题报告，用“艰苦奋斗，干惊天动地事；无私奉献，做隐姓埋名人”教诲勉励青年教师与学子。

流动与传热的数值计算及模拟课程介绍
课程编号：08070110 课程类别：专业方向课
课程名称：流动与传热的数值计算及模拟英译名称：Computational Fluid Dynamics and
Heat Transfer
学时：40 学分：2
开课学期：2 教学方式：讲授+讨论
考核方式：开卷考试适用学科：工程热物理
授课单位及教师梯队：机电工程学院教师
内容简介：
本课程主要是研究工程上传热和流体流动问题的数值计算方法,主要从基本方程、离散化方法、数值计算方法着手，深入介绍温度场和流场的计算，以及相关商用软件的应用等。

整个教学过程中，使学生能够深刻理解传热和流体流动数值计算方法中的基本概念，扎实掌握传热和流体流动数值计算方法的基本理论，学会传热和流体流动数值计算的基本方法。

培养学生运用传热和流体流动数值手段解决工程实际问题的能力，注重学生理论联系实际、实际能力的提高。

在创新能力培养方面引导学生注意发现问题，增强分析问题和解决问题的能力。

参考书目：
1．《数值传热学》陶文铨，西安交大出版社
2.《流体流动与传热的数值计算》帕坦卡著,张政译，科学出版社版社。

主讲西安交通大学能源与动力工程学院热流中心CFD-NHT-EHT CENTER 2010年9月13日,西安数值传热学第一章绪论课程简介1. 教材－《数值传热学》第二版，20012. 学时－45学时理论教学；10学时程序教学3. 考核－平时作业/计算机大作业：考试－40/60；考查－60/404. 方法－开放，参与，应用5. 助手－喻志强，张虎，谷伟，凌空，封永亮有关的主要国外期刊1.Numerical Heat Transfer, Part A-Applications; Part B-Fundamentals2.International Journal of Numerical Methods in Fluids.puter & Fluids4.Journal of Computational Physics5.International Journal of Numerical Methods in Engineering6.International Journal of Numerical Methods in Heat and FluidFlowputer Methods of Applied Mechanics and Engineering8.Engineering Computations9.Progress in Computational Fluid Dynamics10. Computer Modeling in Engineering & Sciences (CMES)11.ASME Journal of Heat Transfer12.International Journal of Heat and Mass Transfer13.ASME Journal of Fluids Engineering14.International Journal of Heat and Fluid Flow15.AIAA Journal1.1 传热与流动问题的数学描写1.1.1控制方程及其通用形式1.1.2单值性条件1.1.3建立数学描写举例1. 质量守恒方程2. 动量守恒方程3. 能量守恒方程4. 通用控制方程。

西交《化工传递过程》第五章湍流湍流的特性、起因和表征一、湍流的特性(1) 湍流的随机性：流体质点具有沿主流方向的确定运动，同时还有在其他方向上的随机脉动。

(2) 湍流的三维性和有旋性：流体内部充满漩涡，漩涡除在主流方向上随流体流动，同时还在其他方向上做不规则的随机脉动。

(3) 湍流的连续性：最小漩涡的尺寸(<<1mm)也远大于分子运动的自由程。

(4) 湍流的耗散性：大尺度漩涡在时均运动中取得能量，又在漩涡分裂中传给小尺度漩涡，最后小尺度漩涡消失时通过流体的黏性作用将此机械能转变为热能而散失。

湍流流动阻力要远大于层流阻力。

(5) 湍流的扩散性：漩涡运动引起流体微团的脉动，脉动导致不同流层的流体产生掺混，从而实现动量、质量和热量的交换 (输运或扩散)。

湍流扩散速率要比分子扩散速率大几个数量级。

二、湍流的起因研究表明，流动由层流转变为湍流需具备两个条件：①漩涡的形成；②形成的漩涡脱离原来的流层进入相邻的流层。

只有这样，才能使流体质点做规则的层状运动的层流失稳转变成流体内充满漩涡、质点作高频脉动的湍流。

(1) 漩涡的形成在轻微波动的流层周围，形成压力增减区域，构成横向压差力偶。

在黏性流体中，具有不同速度的两相邻流层之间形成纵向剪切力偶。

当压差力偶和剪切力偶足够大时，流层在横向压力差和纵向剪切力的双重作用下最终形成漩涡。

除此之外，边界层的分离，以及流体流过某些尖缘处也促成漩涡的形成。

漩涡的出现导致流体质点充分混合，动量交换充分，流速分布较为均匀。

(2) 漩涡的迁移如图，漩涡附近的流体自左向右流动，假定所产生的漩涡沿顺时针方向旋转。

漩涡顶上流层的运动方向和漩涡的旋转方向相同，流体的黏性将使该层流体被漩涡加速，导致该区域的压力降低。

漩涡底下流层由于运动和漩涡旋转方向相反而被减速，导致该区和漩涡旋转方向相反而被减速，导致该区方向和漩涡旋转方向相反而被减速，导致该区域的压力增加。

存在于漩涡顶部和底部间的这种压力差等于给漩涡施加一个垂直向上的力，即茹柯夫斯基升力。

西安交通大学西安交通大学《《《《数值传热学数值传热学西安交通大学西安交通大学《《数值传热学数值传热学》》课程大作业20140114一. 题目（1）百叶窗翅片的二维模型如图1 所示。

在流动与换热已经进入周期性充分发展的阶段，可以取出一个翅片单元进行传热与流动阻力的分析计算。

在稳态，层流，常物性，翅片温度恒定的条件下，对于表1给定的几何尺寸，进行Re ＝10－500 范围内的数值模拟，揭示每个计算单元的平均Nu 数与阻力系数f 与Re 的关系；Nu ，f 以及Re 定为：112()Re ;;0.5pm m m dp dx L u L h L f Nu u νρλ==?=其中m u 为来流平均速度；m h 为每块条片的平均换热系数。

表1 几何参数L1/mmTp/mm Lp/mm Delta/mm /θ 30 18.6 30 1.5 25图1 百叶窗翅片二维模型图2 阶梯型逼近二. 建议建议与要求与要求1. 为便于处理流固耦合问题，计算可对图1中打阴影线的区域进行；2. 可采用图2 所示的阶梯型网格处理倾斜的翅片；3. 按照《西安交通大学学报》的论文格式撰写本报告；4. 2014年4月30号前交课程论文到东三楼204房间。

三. 参考文献[1] 陶文铨编著，数值传热学（第二版），2001，西安交通大学出版社，节11.2[2] Wang L B, Tao, W Q. Numerical analysis on heat transfer and fluid flow for arrays of non-uniform plate length aligned at angles to the flow direction. Int J Numerical Methods for Heat and Fluid Flow , 1997, 7(5,6):496[3] Gong L. Li Z Y, He Y L, Tao W Q. Discussion on numerical treatment of periodic boundary condition for temperature. Numerical Heat Transfer, Part B , 2007, 52(5):429-448。