导热过程的定解条件
(2012-06-15 12:08:56)
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条件的杂谈 |
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导热问题的求解实质上是冶金机械导热微分方程的求解。对上述导热微分方程,通过数学方法原则上总可以获得方程的通解。然而,对工程实际问题,仅求出通解是不够的,必须求解出既满足于导热微分方程,又满足根据具体问题规定的一些附加条件的特解(即温度分布的具体函数关系)。这些使微分方程得到特解的附加条件,数学上称为定解条件或单值条件。
定解条件一般包括四个方面: (1)几何条件:指导热物体的形状和大小;
(2)物理条件:指导热物体的密度、比容、导热系数等物理性质或其他性质(如是否有内热源,是否运动等);
(3)初始条件:指初始时刻(r=0)导热物体内的温度分布;
(4)边界条件:指导热物体边界上的温度(表面温度),以及边界与周围介质的传热情况等。导热微分方程连同上述定解条件才能够完整地描述一个具体的导热问题,并求得特解。对稳定导热,定解条件没有初始条件,只有边界条件。
用数学方法求解导热微分方程的特解,往往比较繁琐,特别是对于形状不规则的物体,理论解析尚有一定困难,有时甚至是不可能的。对于一些几何形状及边界条件比较简单的情况可以用分离变量的方法求解。当然,借助不断发展的计算机技术,采用有限差分法和有限元法,可以使一些较为复杂的导热问题获得精确的数值解。事实上,工程实际当中,并非每一个具体的导热问题都那么复杂,它们通常可根据具体情况进行简化。
三、平壁的一维稳定导热
平壁在没有内热源情况下的一维稳定导热是最常见也是最简单的导热问题。若平壁的长度和宽度远大于它的厚度,冶金设备则可把它当作"无限大平壁(或薄平壁)"来处理。对无限大平壁,其四周边缘的传热对壁内各点温度的影响极小,因此,"边缘导热效应"忽略不计。平壁中各点的温度沿长、宽方向的变化很小,仅为厚度的函数,这就简化成为一维导热问题。实际当中,当平壁的长/厚比和宽/厚度比大于8~10时,即可视为一维导热问题来处理。冶金炉炉墙的导热即是一种最典型的平壁一维导热问题。
本文转自http://www.yejinye.com/news/show-2306.html
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