1 热物理过程的数值模拟 Numerical Simulation of Thermophysics Process 讲稿 主讲：李隆键 2 第一章 概 论 1．1 流动与传热过程的予测方法及特点 流动、传热、燃烧问题是热工类各专业和机械类动力机械专业所研究和解决的主要问题之一，燃烧问题实际上是有化学反应的流动与传热问题，推而广之，在所有热物理过程中，几乎都涉及到流动、传热问题。 预测的重要性： ① 在规定设计参数的相应的结构下，热物理过程是否满足要求，达到预定的指标？要预测； ② 优化设计，不同方案的比较，要预测； ③ 减少设计、生产、再设计和再生产的费用； ④ 减少设计更改； ⑤ 减少试验和测量次数。 问题的核心：速度场、温度场（传热量）、浓度场等。 一、热物理问题的予测方法：理论分析法、实验测定、数值模拟 1 、理论分析 以数学分析为基础，求解描述热物理过程的定解问题，获得函数形式的解，表示求解区域内物理量连续分布的场（速度场、温度场、浓度场„„）。 控制方程+单值条件（数学模型）→理论解（分析解，解析解） 根据解的准确程度，又可再分为： （1 ）精确分析解（严格解） 特点：函数形式的解；它在求解区域精确地满足定解问题。 具体解法：直接积分法、分离变量法、积分变换法、热源法、映射法。 （2 ）近似分析解法 特点：函数形式的解，在求解区域上近似地满足定解问题（但在总量上满足相应的守恒原理，动量守恒、动量守恒、能量守恒、质量守恒）。 具体解法：积分法（从积分方程出发） 变分近似解法 摄动法（从微分方程出发） 2 、实验测定 （1 ）纯实验法 （2 ）相似理论实验法：同类相似，减少变量数目→减少工作量，得到规律性结 3 果，可直接应用。 （3 ）实验类比法：异类相似—物理现象不同，规律相同：微分方程形式相同，单值性条件类似 电热类比，水热类比„„ 3 、数值模拟 以数值计算方法为基础，借助（利用）电子计算机求解物理过程的方法—热物理过程的数值模拟，对传热过程称为传热的数值模拟、数值传热、计算传热。如前述，传热过程函盖了流动、燃烧，所以计算传热学实质上就代表了热物理过理过程的数值模拟。 用电子计算机对热物理问题进行数值计算就象在实验室中对该现象进行实验测定一样，可称之为“数值实验”。随着高速、大容量电子计算机的发展，特别是微型计算机的普及和推广，这种数值实验的方法越来越被更多的科技人员掌握和应用，成为解决热物理过程的一...
