基于Matlab导热问题的数值模拟

基于Matlab软件,采用有限差分法、pdepe函数法和pdetool(工具箱)法对3种不同形式的导热问题进行数值模拟,具体包括二维稳态导热、一维非稳态导热和二维非稳态导热,得出温度分布的数值解和图形解.通过求解过程可以看出,数值模拟方法对分析导热物体的温度分布非常直观和方便.     

矩形直肋二维稳态导热的解析解及其分析

为了准确地给出将矩形直肋二维导热问题简化成一维问题的条件,利用分离变量法求解矩形直肋二维稳态导热模型,包括端部散热和绝热两种情况.比较解析解的两种不同的表达式,发现它们基本上是等价的.研究在各种无量纲参数条件下直肋的温度分布和热流,将二维模型所得的结果同一维模型的结果进行了比较,分析了各个无量纲参数对二维解与一维解之间的偏差的影响.在此基础之上,明确了影响一维简化假设成立的两个无量纲参数--H/δ,Bi的具体取值范围.     

矩形直肋二维稳态导热的解析解及其分析

为了准确地给出将矩形直肋二维导热问题简化成一维问题的条件，利用分离变量法求解矩形直肋二维稳态导热模型，包括端部散热和绝热两种情况。比较解析解的两种不同的表达式，发现它们基本上是等价的。研究在各种无量纲参数条件下直肋的温度分布和热流，将二维模型所得的结果同一维模型的结果进行了比较，分析了各个无量纲参数对二维解与一维解之间的偏差的影响。在此基础之上，明确了影响一维简化假设成立的两个无量纲参数——HIδ．Bi成的具体取值范围。     

低温地板辐射供暖的动态仿真

建立了低温地板辐射供暖系统传热过程的数学模型,通过数值模拟,用有限差分法计算了地板内的温度场.利用动态仿真程序预测了不同的供回水温度、埋管层厚度、盘管间距对地板传热过程、地板表面温度的影响,并在典型工况下,通过对理论值与实验值的分析,验证了本模拟程序的正确性.该研究为地板辐射供暖系统的推广应用奠定了基础.     

低温热水地板与热泵空调器采暖测试对比分析

通过对重庆地区一住宅内低温热水地板供暖系统的测试,分析对比了该系统与热泵空调采暖方式对室内热舒适性的影响及运行费用的差别,同时对地板辐射和对流散热的综合效果进行分析,表明在长江流域等非采暖地区应用地板辐射采暖的可行性及优越性。     

催化剂在固定床中再生过程的数学模型及其求解

建立了结焦催化剂在固定床反应器中再生过程的一维拟均相非稳态数学模型，采用有限差分法求出了其数值解。据此模型得出的产物浓度－ 时间分布曲线与试验结果吻合良好     

压缩空气储能填充床储热特性研究

填充床动态特性的准确描述是压缩空气储能系统建模的关键。采用Kunii的一维非稳态导热-扩散两相模型来描述稳态填充床的传热现象,采用MATLAB数值计算方法求解了相应的偏微分方程,得到了模型的数值解和模拟图形,并基于ANSYS FLUENT 14.0对填充床内的流体动力学和传热特性进行了仿真,通过计算得到了填充床出口空气温度与入口空气质量流量的传递函数,实验结果表明计算所得的传递函数能够完整表述填充床储热动态特性。     

低温地板辐射供暖的动态仿真

建立了低温地板辐射供暖系统传热过程的数学模型，通过数值模拟，用有限差分计算了地板内的温度场。利用动态仿真程序预测了不同的供回水温度、埋管层厚度、盘管间距对地板传热过程、地板表面温度的影响，并在典型工况下，通过对理论值与实验值的分析，验证了本模拟程序的正确性。该研究为地板辐射供暖系统的推广应用奠定了基础。     

竖壁液膜温度分布数值模拟和红外抑制效果

为了满足舰船红外隐身的需要,分析利用过冷降膜对舰船壁面的红外隐身方法.建立了垂直自由降膜的数学模型及计算方法,采用有限体积法数值模拟,运用求解一维非稳态导热问题的思想,解决了二维稳态对流换热问题,求得了恒壁温及恒热流的降膜流动在不同条件下的温度分布的数值解,所求解与实验数据吻合较好.计算结果表明:增大液膜流动的流量、降低液膜入口温度或增加物体粘性均可增强对特定目标的红外抑制效果,说明了过冷降膜是一种简单有效的红外抑制技术.这种红外抑制技术可以有效减少舰船的被探测性,增强舰船的生存能力.     

辐射空调房间人体与环境表面角系数的数值模拟求解

精确求解人体与环境表面间的角系数是研究辐射空调房间内人体辐射散热与热舒适的基本前提。结合角系数与有效辐射面积的离散公式,推导出人体与环境表面辐射角系数的数值模拟结果修正式,得到了中国人三维坐姿人体模型。在分别对坐姿人体与顶板、壁面、地板间的角系数模拟求解后发现,坐姿人体前后具有较大的方向性,人体对前方环境表面的角系数大于人体对后方环境表面的角系数。将角系数的数值模拟解与半解析解进行比较,对于顶板与垂直壁面,半解析解与模拟解较为吻合;对于地板,半解析解与模拟解存在较大的误差,并对半解析解进行了相应的修正。     

毛细管平面空调系统热工参数设计探讨

分析了毛细管平面空调系统供冷的传热过程,对传热过程做出合理假设和简化,建立了二维稳态传热数学模型.采用微元体热平衡法编制MATLAB计算程序,着重研究了系统热工参数中的供回水温度的平均值和管间距等因素对毛细管顶棚温度场的影响和对该空调系统供冷性能的影响程度.实验结果表明:笔者所建模型计算出的单位面积传热量的数值解与实测值吻合较好.这为毛细管平面空调系统的设计和推广应用提供了技术支持.     

以制冷剂R22为工质的地板辐射采暖模拟与优化

以空气源热泵为热源,直接用R22作为工质进行地板辐射采暖.在实验验证数值模拟可靠性的基础上,运用ANSYS软件分别对地板表面材料(瓷砖、木地板、毛毯),管间距(100-300 mm),填充层厚度(25-50 mm)影响地板表面温度均匀性和散热量进行模拟.结果表明:地面装饰层的材料对地板温度的均匀性和地板表面的散热量有着重要的影响;随着管间距的增大,地板表面温度和散热量分布更加不均匀;而填充层的厚度对地板表面的温度和散热量影响较小.     

回转窑筒体非稳态传热过程的数值模拟

在对回转窑传热过程进行分析的基础上,以某氧化铝厂4.5×90m的回转窑作为研究对象,建立了关于窑横截面筒体非稳态传热过程的二维数学模型,然后对窑筒体温度沿径向的分布和窑壁内表面温度随时间的变化情况进行了数值模拟计算。模拟计算结果表明,当回转窑操作正常时,窑筒体外表面的散热损失基本不变。若将窑筒体的蓄热、放热周期过程作为整体考虑,则回转窑内的换热过程可以简化为稳态换热,窑筒体径向温度可视为线性分布。     

基于LTNE的二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合数值分析

针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析.采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合.在平板左侧施加30℃流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0Pa的孔隙压力边界条件.利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程（PDEs）模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解.数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变.此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小.研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.     

二维半透明介质辐射与导热非稳态复合换热数值计算

本文采用控制容积法,蒙特卡洛改进型法,结合谱带模型,研究第一类及第三类非线性边界条件下二维半透明非灰介质内辐射与导热非稳态复合换热的数值计算方法.     

槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

相变蓄热地板非稳态传热特性模拟研究

建立了相变蓄热地板采暖的物理模型和非稳态传热过程的数学模型,并通过模拟计算,分析了相变材料特性、装饰层特性、电加热功率对地板传热的影响规律.结果表明:相变材料的厚度和潜热对蓄热时间有一定的影响;装饰层对地表温度有很大影响,要求室内温度变化平缓时选用传热性能较好的材料;电加热功率不宜太大也不能太小,要既能满足需要又能达到减少电力消耗的目的.这为相变蓄热地板的设计,施工和运行提供了必要的理论基础.     

渭河下游河道及洪泛区洪水演进的数值仿真(Ⅰ)——数学模型及其验证

以渭河下游咸阳至北洛河河口间的一维洪水和距离咸阳断面下游136km的右岸洪泛区二维洪水为对象,进行4种洪水频率的一维和二维嵌套的非恒定流计算.对于非规则区域的二维非恒定流,采用了曲线坐标系下的有限分析法离散数值格式进行了数值模拟,针对动边界问题提出了新的数值处理格式,本部分为数值模型和计算方法的验证部分.     

地板表面温度数学建模及实验研究

建立地板辐射采暖稳态传热数学模型,引入一个传热因子来考虑加热管对地板的传热.先求解出加热管到地面的传热热阻,然后根据房间热负荷求出地板表面温度和回水温度,在12个工况下将地板表面温度和回水温度计算值与实验值进行比较,发现地板表面温度的误差在10%以内,表明模型合理,并给出地板表面温度计算的通用公式.     

确定非均匀土层自由场地震动二维简化模型

研究了非均匀土层自由场地震动的二维简化模型.取非均匀土层剪切模量沿深度按幂函数变化(G=G0zp,其中G0和p为常数).首先,利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程;再采用分离变量法来求解该方程,根据波的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到水平分量的解析解;然后,将水平分量的解析解带入原二维波动方程组中,将原二维波动方程组转化为一维形式.再利用MATLAB计算软件计算出其数值解;最后,通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行比较.