第一组计算传热课程设计1

1、计算传热学课程设计答辩题目：二态对流问题计算组号：1成员：魏佳男（组长） 马利邓文聪日期：2015年7月13日小组成员简介小组成员分工魏佳男（组长）题目分析与简化，建立模型，方程离散， 程序编译，数据结果分析等。马利数据结果处理，运用Tecplot10软件作图， 报告整理，数据结果分析等。邓文聪题目分析，方程离散，PPT制作，数据结果分析等。目录u 题目简介u 问题分析及建模u 区域及方程离散u 数值方法u 计算结果验证u 结果分析与讨论题目简介已知：如图1 所示流体流过一个直角的两表面， 速度场为u=Ax,v=- Ay,A=10,Tin=500,Tw=100。1.2.3.4.5.计算区域中温

2、度的分布；计算出口平均温度；计算左侧恒温璧面的换热量； 给出绝热壁面上的温度分布；若流道中心存在一均匀璧温或均匀热流密度的圆管，情况又如何呢？如图2所示问题分析及建模本题为二态无内热源对流换热问题。左边界为恒壁温（100摄氏度）条件，下边界为绝热壁面，流体入口处初温500摄氏度。对于对流问题，由于介质内存在相对运动，所以不仅要考虑对流换热的扩散性还要考虑迁移性，速度场的分布是求解温度场的关键。根据题目所给速度方程u=Ax,v=-Ay可得出二维区域速度场。左边界为恒温壁面，靠近壁面处流体流速逐渐减小，贴近壁面处极薄流体层处于无滑移状态，可将此流体层温度近问题分析及建模似于壁温（100摄氏度）。下

3、边界为绝热壁面，不参与换热，可将其影响系数设为零。右侧出口处温度未知， 对于这种边界情况，假定出口截面上节点对于第一个内部节点已无影响，因而可以令边界节点对内节点影响系数为零，采用局部单向化处理。对于流道中心存在均匀壁温圆管时，网格细化阶梯逼近，边界条件类似于左边界处理。由于流体初始温度高于左侧壁面温度，且下壁面绝热，根据流体速度分布情况，可以判断出流体温度分布是从左下角沿对角线方向逐渐升高，而且右上角流体温度接近初始温度。区域及方程离散计算区域离散：采用内节点法划分网格，如图所示：网格划分示意图区域及方程离散方程离散：根据题目所求问题，可知其数学模型为：(ruf) + (rnf)(G f )

4、 +f )y x y(1)=(Gxyx由公式（1）可得：(ruf- G f ) +f ) =(2)(rnf - G0xxyy引入x及y方向的对流扩散总通量密度，得：JJY+=X(3)0xy区域及方程离散将公式（1）在如图3所示节点P的控制容积上对空间积分：JJnene yx dxdy+=0（4）xyswswef ne Jnx dxdy = dy ruf- Gdx （5）xx x wsws使用一阶迎风的离散格式：Jf)ffn e dxdy = -+ (+-+-xaEaawF wF eaW（6）xEs wEpW区域及方程离散aE=+ F waWDwDe（7） Ge(dx )e Gw(dx )w=D

5、y=DyD eDw(8)= (ru)e= (ru) DyDyF eF w（9）we J yfNfpaS fSn w=-+ (+-+-aNaaFF同理)（10）:yNsnsaE=De区域及方程离散代入原方程得:aP fP= aE f+ aW f+ aS f+ aN fEWSN= aE + aW + aS + aNaP计算结果验证计算区域温度分布如下图所示：图1图2A=10时温度分布示意图A=30时温度分布示意图YY1TEMPERATURE 499.9420.8498.975491.3684600.64003603200.42802402000.21601200.20.40.60.81X1TEMP

6、ERATURE499.970.8499.417495.474800.64404003600.43202802400.22001601200.20.40.60.81X计算结果验证图3图4A=100时温度分布示意图A=60时温度分布示意图YY1TEMPERATURE 497.3030.8489.375474.6064400.64003603200.42802400.22001601200.20.40.60.81X1TEMPERATURE 499.5610.8497.4074804400.64003603200.42802402000.21601200.20.40.60.81X速度系数出口平均温度

7、C换热量w/m10499.600531.63230499.3922424.64360499.5363698.142100499.6734342.961结果分析与讨论入口处流体温度为500摄氏度，左侧壁面恒温100摄氏度。流体流动过程中，靠近左侧流体由于与壁面换热导致温度降低，且越靠近壁面温度越低。随着与左壁面距离的增加，流体流速增大，换热影响减小流体温降减小。靠近绝热壁面处，流体流动过程中由于与上方高温流体换热，所以温度分布沿X方向逐渐升高。结果分析与讨论速度场对温度分布具有重要影响，当速度增大，高温区向左下角回缩，并且出口平均温度降低，但是换热量在逐步增加，可以明显的看出对流传热中流速对温度

8、场的影响，随着速度的增加流体的换热主要受迁移性的影响。计算结果验证绝热壁面温度分布：500450温度 400350300250200150100500.00.20.40.60.81.0位置 流体流动时，靠近左侧壁面处流体由于在流动过程中不断与左侧壁面换热，温度逐渐降低，贴近绝热避免时降到最低。绝热壁面处流体继续流动时，与上方高温流体不断进行换热，所以绝热壁面上流体温度沿X轴方向逐渐增加。计算结果验证不同管径时温度分布如下图所示:图5图611TEMPERATURETEMPERATURE486.8924800.80.8471.4284404404004000.60.63603603203202800.40.42802402402002000.20.21601601201200.20.40.60.810.20.40.60.81XXR=0.5时温度分布示意图R=0.7时温度分布示意图YY结果分析与讨论在建立数学模型的时候，边界条件的处理是使方程封闭，得到合理结果的必要条件，