Language
Country/Area
No result found
Таинственная связь тепловой энергии: почему тепловой поток и интерфейсы так важны в инженерном проектировании?
С широким распространением компьютерных технологий появилась современная модель сопряженной конвекции теплопередачи, которая заменила предыдущую эмпирическую пропорциональную зависимость между тепловым потоком и разницей температур. Эта модель основана на строгом математическом описании теплообмена между объектом и жидкостью, взаимодействия, которое происходит при взаимодействии двух объектов. Различные физические процессы и решения основных уравнений рассматриваются отдельно, что позволяет анализировать эти проблемы в их собственных подобластях.
Историческая справкаПроблемы коспектральной теплопроводности подразумевают теплообмен между системами, и этот интерфейс можно рассматривать как точку контакта между двумя различными физическими состояниями.
В 1961 году Теодор Л. Перельман впервые предложил задачу теплопроводности при обтекании объекта жидкостью и успешно создал для нее модель, что также привело к рождению термина «сопряженная задача теплопроводности». Впоследствии он развил этот метод совместно с А. В. Лыковым. В этот период многие исследователи начали использовать различные методы для решения простых задач, комбинируя решения объектов и жидкостей на их границах раздела. Раннее сопряженное решение включено в книгу Дорфмана.
Постановка задачи на сопряжение
Задача сопряженной конвективной теплопередачи состоит из набора уравнений, которые отражают различия между двумя системами в предметной и жидкой областях и включают следующие важные аспекты:
Область объекта
Включает в себя уравнения переходной или стационарной проводимости, такие как уравнения Лапласа или Пуассона, или упрощенные одномерные уравнения для тонких тел.
Жидкостный домен
Для ламинарных течений: уравнения Навье-Стокса и уравнение энергии или упрощенные уравнения для пограничных слоев при больших числах Рейнольдса и ползучего течения при малых числах Рейнольдса. Для турбулентных течений: усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса и уравнение энергии или уравнения пограничного слоя для больших чисел Рейнольдса.
Начальные граничные и сопряженные условия
Эти условия определяют пространственное распределение переменных в динамических и тепловых уравнениях в начальный момент времени, включая условие прилипания и другие обычно используемые динамические условия. Условие сопряжения требует, чтобы на границе раздела объект/жидкость сохранялась непрерывность теплового поля, то есть температура и тепловой поток объекта и жидкости вблизи границы раздела должны быть равны: T(+) = T(-), q(+) = q(-).
Решение
Численные методы
Один из способов достижения сопряжения — это итерация. Каждое решение для тела или жидкости создает граничные условия для другого компонента. Этот процесс повторяется попеременно при различных граничных условиях, пока он окончательно не сойдется.
Аналитический метод
Объединив решение уравнения теплопроводности с интегралом Дюамеля, можно преобразовать сопряженную задачу в уравнение теплопроводности, содержащее только объект, что расширяет область действия задачи, включая различные типы потоков, градиенты давления и нестационарные изменения температуры.
Область применения
Из простых примеров 1960-х годов методы сопряженной теплопередачи превратились в мощные инструменты для моделирования и изучения самых разных природных явлений и инженерных систем: от аэрокосмических и ядерных реакторов до сложных процессов, таких как термообработка и переработка пищевых продуктов. Этот подход имеет широкий спектр применения и в последние годы получил дальнейшее подтверждение и развитие в литературе.
Широкое применение сопряженного метода подтверждено реальными случаями во многих областях и стало неотъемлемой частью инженерного проектирования.
По мере развития технологий и изменения потребностей, как мы будем использовать эти тепловые соединения, чтобы расширить границы инженерного проектирования в будущем?
