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HarbinInstituteofTechnology傳熱學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系:能源科學(xué)與工程學(xué)院班級(jí):設(shè)計(jì)者:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:董士奎設(shè)計(jì)時(shí)間:2016.11.7傳熱學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告1應(yīng)用背景數(shù)值熱分析在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、以及日用家電等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。2二維導(dǎo)熱溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬2.1二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱實(shí)例假設(shè)一用磚砌成的長方形截面的冷空氣通道,其截面如圖2.1所示,假設(shè)在垂直于紙面方向上冷空氣及磚墻的溫度變化很小,可以近似地予以忽略。圖2.1一用磚砌成的長方形截面的冷空氣通道截面2.2二維數(shù)值模擬基于模型的對(duì)稱性,簡化為如圖所示的四分之一模型。圖2.2二維數(shù)值模擬scanf("%d",&n_L4);/*輸入邊界條件*/printf("請(qǐng)輸入材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K):");scanf("%f",&cond);printf("請(qǐng)輸入外部環(huán)境溫度(K):");scanf("%f",&tout);printf("請(qǐng)輸入內(nèi)部環(huán)境溫度(K):");scanf("%f",&tin);printf("請(qǐng)輸入外部對(duì)流換熱系數(shù)(W/(m2·K):");scanf("%f",&conv_out);printf("請(qǐng)輸入內(nèi)部對(duì)流換熱系數(shù)(W/(m2·K):");scanf("%f",&conv_in);thick1=(L2-L4);thick2=(L1-L3);n_thick1=(n_L2-n_L4);n_thick2=(n_L1-n_L3);/**************網(wǎng)格大小*********************/delt_x1=thick1/n_thick1;delt_x2=L4/n_L4;delt_y1=thick2/n_thick2;delt_y2=L3/n_L3;/*******************************************//*節(jié)點(diǎn)賦初值*/doubletem0[100][100];/*節(jié)點(diǎn)溫度tem0()上次迭代結(jié)果,tem()本次迭代結(jié)果*/doubletem[100][100];doublex[100][100];doubley[100][100];n=0;do{/*區(qū)域1內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度*//*************************************************/for(i=1;i<n_thick1;i++){for(j=n_L3+1;j<n_L1;j++){tem0[i][j]=((tem[i+1][j]+tem[i-1][j])*delt_y1*delt_y1+(tem[i][j+1]+tem[i][j-1])*delt_x1*delt_x1)/2.0/(delt_y1*delt_y1+delt_x1*delt_x1);}}/*************************************************//*區(qū)域2內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度*//*************************************************/for(i=1;i<n_thick1;i++){for(j=1;j<n_L3;j++){tem0[i][j]=((tem[i+1][j]+tem[i-1][j])*delt_y2*delt_y2+(tem[i][j+1]+tem[i][j-1])*delt_x1*delt_x1)/2.0/(delt_x1*delt_x1+delt_y2*delt_y2);}}/*************************************************//*區(qū)域3內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度*//*************************************************/for(i=n_thick1+1;i<n_L2;i++){for(j=n_L3+1;j<n_L1;j++){tem0[i][j]=((tem[i+1][j]+tem[i-1][j])*delt_y1*delt_y1+(tem[i][j+1]+tem[i][j-1])*delt_x2*delt_x2)/2.0/(delt_x2*delt_x2+delt_y1*delt_y1);}}/*************************************************//*區(qū)域1與區(qū)域2邊界線*//*************************************************/for(i=1;i<n_thick1;i++){j=n_L3;tem0[i][j]=((tem[i+1][j]+tem[i-1][j])/2.0*(delt_y1+delt_y2)*delt_y1*delt_y2+tem[i][j+1]*delt_y2*delt_x1*delt_x1+tem[i][j-1]*delt_y1*delt_x1*delt_x1)/((delt_y1+delt_y2)*delt_y1*delt_y2+delt_y2*delt_x1*delt_x1+delt_x1*delt_x1*delt_y1);}/*************************************************//*區(qū)域1與區(qū)域3邊界線*//*************************************************/for(j=n_L3+1;j<n_L1;j++){i=n_thick1;tem0[i][j]=((tem[i][j+1]+tem[i][j-1])/2.0*(delt_x1+delt_x2)*delt_x1*delt_x2+tem[i-1][j]*delt_x2*delt_y1*delt_y1+tem[i+1][j]*delt_x1*delt_y1*delt_y1)/((delt_x1+delt_x2)*delt_x1*delt_x2+delt_x2*delt_y1*delt_y1+delt_y1*delt_y1*delt_x1);}/*************************************************//*******************邊界條件**********************//*******************絕熱邊界條件(對(duì)稱面)**********************//***右邊界***/for(j=n_L3+1;j<n_L1;j++){i=n_L2;tem0[i][j]=(2.0*tem[i-1][j]*delt_y1*delt_y1+(tem[i][j+1]+tem[i][j-1])*delt_x2*delt_x2)/2.0/(delt_x2*delt_x2+delt_y1*delt_y1);}/***下邊界***/for(i=1;i<n_thick1;i++){j=0;tem0[i][j]=((delt_y2*tem[i-1][j]/2/delt_x1)+(delt_x1*tem[i][j+1]/delt_y2)+(delt_y2*tem[i+1][j]/2/delt_x1))/((delt_y2/2/delt_x1)+(delt_x1/delt_y2)+(delt_y2/2/delt_x1));}for(i=n_thick1+1;i<n_L2;i++){j=n_L3;tem0[i][j]=((delt_y1*tem[i-1][j]/2/delt_x2)+(delt_x2*tem[i][j+1]/delt_y2)+(delt_y2*tem[i+1][j]/2/delt_x2)+(delt_x2*conv_in*tin))/((delt_y2/2/delt_x2)+(delt_x2/delt_y2)+(delt_y2/2/delt_x2)+(delt_x2*conv_in));}/*******************外部對(duì)流邊界條件**********************//***上邊界***/for(i=1;i<n_thick1;i++){j=n_L1;tem0[i][j]=(cond*delt_y1*delt_y1*(tem[i-1][j]+tem[i+1][j])+2.0*cond*delt_x1*delt_x1*tem[i][j-1]+2.0*delt_y1*delt_x1*delt_x1*conv_out*tout)/(2.0*cond*delt_y1*delt_y1+2.0*cond*delt_x1*delt_x1+2.0*delt_y1*conv_out*delt_x1*delt_x1);}for(i=n_thick1+1;i<n_L2;i++){j=n_L1;tem0[i][j]=(cond*delt_y1*delt_y1*(tem[i-1][j]+tem[i+1][j])+2.0*cond*delt_x2*delt_x2*tem[i][j-1]+2.0*delt_y1*delt_x2*delt_x2*conv_out*tout)/(2.0*cond*delt_y1*delt_y1+2.0*cond*delt_x2*delt_x2+2.0*delt_y1*conv_out*delt_x2*delt_x2);}i=n_thick1;j=n_L1;tem0[i][j]=(cond*delt_y1*delt_y1*delt_x2*tem[i-1][j]+cond*delt_y1*delt_y1*delt_x1*tem[i+1][j]+cond*delt_x1*delt_x2*(delt_x1+delt_x2)*tem[i][j-1]+delt_y1*delt_x1*delt_x2*(delt_x1+delt_x2)*conv_out*tout)/(cond*delt_y1*delt_y1*delt_x2+cond*delt_y1*delt_y1*delt_x1+cond*delt_x1*delt_x2*(delt_x1+delt_x2)+delt_y1*conv_out*delt_x1*delt_x2*(delt_x1+delt_x2));/***左邊界***/for(j=n_L3+1;j<n_L1;j++){i=0;tem0[i][j]=((cond*delt_x1*tem[i][j+1]/2/delt_y1)+(cond*delt_y1*tem[i+1][j]/delt_x1)+(cond*delt_x1*tem[i][j-1]/2/delt_y1)+(delt_y1*conv_out*tout))/((cond*delt_x1/2/delt_y1)+(cond*delt_y1/delt_x1)+(cond*delt_x1/2/delt_y1)+(delt_y1*conv_out));}for(j=1;j<n_L3;j++){i=0;tem0[i][j]=((cond*delt_x1*tem[i][j+1]/2/delt_y2)+(cond*delt_y2*tem[i+1][j]/delt_x1)+(cond*delt_x1*tem[i][j-1]/2/delt_y2)+(delt_y2*conv_out*tout))/((cond*delt_x1/2/delt_y2)+(cond*delt_y2/delt_x1)+(cond*delt_x1/2/delt_y2)+(delt_y2*conv_out));}i=0;j=n_L3;tem0[i][j]=((cond*delt_x1*tem[i][j+1]/2/delt_y1)+(cond*((delt_y1+delt_y2)/2)*tem[i+1][j]/delt_x1)+(cond*delt_x1*tem[i][j-1]/2/delt_y2)+(((delt_y1+delt_y2)/2)*conv_out*tout))/((cond*delt_x1/2/delt_y1)+(cond*((delt_y1+delt_y2)/2)/delt_x1)+(cond*delt_x1/2/delt_y2)+(((delt_y1+delt_y2)/2)*conv_out));/*******************內(nèi)部對(duì)流邊界條件**********************//***上邊界***/for(i=n_thick1+1;i<n_L2;i++){j=n_L3;tem0[i][j]=(cond*delt_y1*delt_y1*(tem[i-1][j]+tem[i+1][j])+2.0*cond*delt_x2*delt_x2*tem[i][j+1]+2.0*delt_y1*delt_x2*delt_x2*conv_in*tin)/(2.0*cond*delt_y1*delt_y1+2.0*cond*delt_x2*delt_x2+2.0*delt_y1*conv_in*delt_x2*delt_x2);}/***左邊界***/for(j=1;j<n_L3;j++){i=n_thick1;tem0[i][j]=((cond*delt_x1*tem[i][j+1]/2/delt_y2)+(cond*delt_y2*tem[i-1][j]/delt_x1)+(cond*delt_x1*tem[i][j-1]/2/delt_y2)+(delt_y2*conv_in*tin))/((cond*delt_x1/2/delt_y2)+(cond*delt_y2/delt_x1)+(cond*delt_x1/2/delt_y2)+(delt_y2*conv_in));}/*******************特殊點(diǎn)**********************//*******左下角********/tem0[0][0]=(cond*delt_x1*delt_x1*tem[0][1]+cond*delt_y2*delt_y2*tem[1][0]+delt_y2*delt_y2*delt_x1*conv_out*tout)/(cond*delt_x1*delt_x1+cond*delt_y2*delt_y2+delt_y2*delt_y2*delt_x1*conv_out);/*******右下角********/tem0[n_thick1][0]=(cond*delt_x1*delt_x1*tem[n_thick1][1]+cond*delt_y2*delt_y2*tem[n_thick1-1][0]+delt_y2*delt_y2*delt_x1*conv_in*tin)/(cond*delt_x1*delt_x1+cond*delt_y2*delt_y2+delt_y2*delt_y2*delt_x1*conv_in);/*******左上角********/tem0[0][n_L1]=(cond*delt_y1*delt_y1*tem[1][n_L1]+cond*delt_x1*delt_x1*tem[0][n_L1-1]+delt_x1*delt_y1*(delt_y1+delt_x1)*conv_out*tout)/(cond*delt_y1*delt_y1+cond*delt_x1*delt_x1+delt_x1*delt_y1*(delt_y1+delt_x1)*conv_out);/*******右上角1********/tem0[n_L2][n_L1]=(cond*delt_y1*delt_y1*tem[n_L2-1][n_L1]+cond*delt_x2*delt_x2*tem[n_L2][n_L1-1]+delt_x2*delt_y1*delt_x2*conv_out*tout)/(cond*delt_y1*delt_y1+cond*delt_x2*delt_x2+delt_y1*delt_x2*delt_x2*conv_out);/*******右上角2********/tem0[n_L2][n_L3]=(cond*delt_y1*delt_y1*tem[n_L2-1][n_L3]+cond*delt_x2*delt_x2*tem[n_L2][n_L3+1]+delt_x2*delt_y1*delt_x2*conv_in*tin)/(cond*delt_y1*delt_y1+cond*delt_x2*delt_x2+delt_y1*delt_x2*delt_x2*conv_in);/*******內(nèi)角點(diǎn)********/tem0[n_thick1][n_L3]=(cond*(delt_y1+delt_y2)/delt_x1*tem[n_thick1-1][n_L3]+cond*(delt_x1+delt_x2)/delt_y1*tem[n_thick1][n_L3+1]+cond*delt_y1/delt_x2*tem[n_thick1+1][n_L3]+cond*delt_x1/delt_y2*tem[n_thick1][n_L3-1]+(delt_x2+delt_y2)*conv_in*tin)/(cond*(delt_y1+delt_y2)/delt_x1+cond*(delt_x1+delt_x2)/delt_y1+cond*delt_y1/delt_x2+cond*delt_x1/delt_y2+(delt_x2+delt_y2)*conv_in);/*******************判斷是否收斂*********************/number=0;for(i=0;i<=n_L2;i++){for(j=0;j<=n_L1;j++){if(fabs(tem0[i][j]-tem[i][j])>eps){number++;}}}for(i=0;i<=n_L2;i++){for(j=0;j<=n_L1;j++){tem[i][j]=tem0[i][j];}}n++;if(n%10000==0)printf("%d\n",n);}while(number>0&&n<1000000);/*計(jì)算各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)*/for(i=0;i<=n_L2;i++){for(j=0;j<=n_L1;j++){if(i<=n_thick1&&j<=n_L3){x[i][j]=delt_x1*i;y[i][j]=delt_y2*j;}if(i<=n_thick1&&j>n_L3)

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