【正文】 服能否一樣？為什么？ 傳熱學(xué)回顧 9 (2) 特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問(wèn)題 (3) 幾個(gè)特殊領(lǐng)域中的具體應(yīng)用 a 航空航天 ：高溫葉片氣膜冷卻與發(fā)汗冷卻；火箭推力室的再生冷卻與發(fā)汗冷卻；衛(wèi)星與空間站熱控制；空間飛行器重返大氣層冷卻；超高音速飛行器（ Ma=10） 冷卻；核熱火箭 、 電火箭；微型火箭 （ 電火箭 、 化學(xué)火箭 ） ；太陽(yáng)能高空無(wú)人飛機(jī) 動(dòng)力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、核能、航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（ MEMS）、新材料、軍事科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)與生物技術(shù) … 傳熱學(xué)回顧 10 b 微電子 ： 電子芯片冷卻 c 生物醫(yī)學(xué) ：腫瘤高溫?zé)岑?；生物芯片；組織與器 官的冷凍保存 d 軍 事： 飛機(jī) 、 坦克；激光武器；彈藥貯存 e 制 冷： 跨臨界二氧化碳汽車空調(diào) /熱泵；高溫 水源熱泵 f 新 能 源： 太陽(yáng)能；燃料電池 傳熱學(xué)回顧 11 2 熱量傳遞的三種基本方式 導(dǎo)熱 （ 熱傳導(dǎo) ） (Conduction) 熱量傳遞的三種基本方式： 導(dǎo)熱 (熱傳導(dǎo) )、 對(duì)流 (熱對(duì)流 )和 熱輻射 。 Fluids of Computational Physics Journal of Numerical Methods in Engineering Journal of Numerical Methods in Heat and Fluid Flow Methods of Applied Mechanics and Engineering Computations in Computational Fluid Dynamics 10. Computer Modeling in Engineering amp。 Part B Fundamentals Journal of Numerical Methods in Fluids. amp。如何解釋其道理？越厚越好？ (1) 日 常生活中的例子： a 人體為恒溫體。其中： ?：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量 [W]； q：熱流密度，單位時(shí)間通過(guò)單位面積傳遞的熱量； A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]； ?：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率） [W/( m K)]。 傳熱學(xué)回顧 21 (3) 生活中的例子： a 當(dāng)你靠近火的時(shí)候 ， 會(huì)感到面向火的一面比背面熱； b 冬天的夜晚，呆在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒(méi)有窗簾時(shí) 要舒服； c 太陽(yáng)能傳遞到地面 d 冬天 ， 蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在 0℃ 以上 ， 但地面卻可能 結(jié)冰 。若要增大 k，可增大 ?? 或減小21 , , hhc h h2的計(jì)算方法及增加 k值的措施 注意： b 非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析法 傳熱學(xué)回顧 29 ? 基本思想源遠(yuǎn)流長(zhǎng) ? Newton amp。 45 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 運(yùn)動(dòng)流體微團(tuán)模型示意圖 第一章 緒論 46 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 作用于流體微團(tuán)上的力的總和 ＝微團(tuán)質(zhì)量 微團(tuán)運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度 僅考慮 x方向的分量 xxF m a?x方向受到的力 體積力 表面力 ()xf d x d y d z?表面壓力 切應(yīng)力、正應(yīng)力 第一章 緒論 47 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 推出 x方向總表面力 [ ( )][( ) ][( ) ][( ) ]xxx x x xyxy x y xzxz x z xpp p d x d yd zxd x d yd zxd y d xd zyd z d xd yz??????????? ? ???? ? ???? ? ??????第一章 緒論 48 x方向總力： () yxx x z xxxpF d x d y d z f d x d y d zx x y z??? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ?動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 第一章 緒論 49 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 方程右邊： m d x d y d z??xDuaDt?綜合得到： yxx x z xxD u p fD t x x y z????? ????? ? ? ? ? ?? ? ? ?同樣， y、 z方向的方程： x y y y z yyD v p fD t y x y z? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?yzxz zzzD w p fD t z x y z?? ??? ?? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?第一章 緒論 50 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） 為了更好的了解動(dòng)量方程的物理含義，將牛頓第 2定律表示如下： 可更好的理解方程中各項(xiàng)的物理含義。對(duì)與這樣的流體，斯托克斯 1845年得到 ： NEXT 第一章 緒論 54 動(dòng)量方程（ Momentum Equation） NavierStokes方程（ x方向） ( ) 2xx ux? ? ? ?? ? ? ?V( ) 2yy vy? ? ? ?? ? ? ?V( ) 2zz wz? ? ? ?? ? ? ?V()x y y x vuxy? ? ? ??? ? ???()x z z x uwzx? ? ? ??? ? ???()y z zy wvyz? ? ? ??? ? ???其中 是分子粘性系數(shù)， 是第二粘性系數(shù)，斯托克 斯提出假設(shè) ? ?23????得到完整的 NavierStokes方程的守恒型式。 文獻(xiàn)中常以表格形式給出所求解變量的源項(xiàng)與 廣義擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式 。 當(dāng)流動(dòng)與換熱過(guò)程伴隨有質(zhì)交換時(shí) ， 控制方程中還應(yīng)增加組份守恒定律 。 ， 本課程中將不涉及這類問(wèn)題 。 71 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值解基本思想 （ 基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè) ） 結(jié)果分析 代數(shù)求解 區(qū)域離散 方程離散 72 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)數(shù)值解方法分類 （ FDM） L F Richardson(1910),A Thom （ FVM） D B Spalding。 Manole、 Lage 1990－ 1992統(tǒng)計(jì)： FVM 占 47％ ；主要商 業(yè)軟件均采用之； 最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果 。 隨著計(jì)算機(jī)資源的發(fā)展 ， 作用與重要性越來(lái)越大 。 ” 數(shù)值仿真在波音 787設(shè)計(jì)中的作用 79 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 工程中各種熱量傳遞過(guò)程 空間尺度 涵蓋了 20個(gè)數(shù)量級(jí) 。 83 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 湍流是一種典型的多尺度現(xiàn)象；質(zhì)子交換膜燃料電 池中發(fā)生的遷移過(guò)程也跨越了幾個(gè)幾何尺度的量級(jí) 。 86 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 87 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 88 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 89 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 90 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 應(yīng)用例 1：天氣預(yù)報(bào) －數(shù)值模擬是唯一的方法 大尺度渦 熱帶風(fēng)暴 “ Cris”的衛(wèi)星云圖 91 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 應(yīng)用例 2：航空航天 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀：航空航天92 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算的基本思想及近期發(fā)展 我國(guó)黃河平均含沙量為 35kg/m3, 為世界第一； 應(yīng)用例 3：水利建設(shè) 數(shù)值方法的近代發(fā)展及應(yīng)用舉例：從宏觀到微觀 泥沙在下游淤積 ， 導(dǎo)致新鄉(xiāng)地面低于河床 20m,開封低 13m、 濟(jì)南低 5m。 全長(zhǎng) 1320km的京滬高速列車 2022年開通 ，持續(xù)運(yùn)行時(shí)速 350km, 最高速度 380km, 最高試驗(yàn)時(shí)速 420km。 而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 數(shù)值模擬的作 用將會(huì)日益更加明顯和重要 。 20 , e l l i pt i c4 0 , par a bo l i c0 , hy per bo l i cb ac????? ?? ??橢圓型 拋物型 雙曲型 . 二階二元擬線性偏微分方程的數(shù)學(xué)一般形式 105 第一章 緒論 ： 傳熱與流動(dòng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫的分類及其對(duì)數(shù)值解的影響 從數(shù)學(xué)角度分類 2. 三類偏微分方程的特點(diǎn) 2 40b a c??2 40b a c??2 40b a c??沒(méi)有實(shí)的特征線 有一條實(shí)的特征線 有兩條實(shí)得特征線 導(dǎo)致依賴區(qū) (domain of dependence) 與影響區(qū) (domain of influence)的不同 。 111