主要内容

圆柱棒的热分布

该实施例显示了如何使用主体旋转轴周围的对称性来简化3-D轴对称热问题到2-D问题。

本算例分析了圆截面棒内的传热。在杆的底部有一个热源,顶部有一个固定的温度。由于对流,棒的外表面与环境交换热量。此外,棒本身由于放射性衰变而产生热量。我们的目标是找出棒子内的温度作为时间的函数。

模型的几何形状、材料性质和边界条件都必须是围绕旋转轴对称的。工具箱假定旋转轴是通过的垂直轴R.= 0。

稳态解

首先,计算稳态解决方案。如果瞬态分析中的最终时间足够大,则最终时间的瞬态解决方案必须接近稳态解决方案。通过比较这两个结果,可以检查瞬态分析的准确性。

建立一个求解轴对称问题的稳态热模型。

ThermalModels = Createpde('热的'“稳定轴对称”);

2-D模型是一个矩形条带X-维度从对称轴延伸到外表面y-dimension延伸超过杆的实际长度(来自-1.5米至1.5米)。通过指定四个角落的坐标来创建几何体。

G = decsg([3 4 0 0 .2 .2 -1.5 1.5 -1.5]');

包括模型中的几何形状。

几何法规(ThermalModels,G);

绘制带有边缘标签的几何图形。

图pdegplot(ThermalModels,“EdgeLabels”'在')轴平等的

图中包含一个坐标轴。轴包含5个类型的类型,文本。

棒材是由具有这些热特性的材料组成的。

k = 40;%导热系数,w /(m * c)ρ= 7800;^ %密度,公斤/米3cp = 500;%比热,W*s/(kg*C)q = 20000;%热源,W/m^3

对于稳态分析,请指定材料的导热率。

ThermalProperties(ThermalModels,'导热系数',k);

指定内部热源。

InternalHeatsource(ThermalModels,Q);

定义边界条件。不存在垂直于对称轴方向的热量传递(边1)。您不需要更改此边的默认边界条件。边2保持在恒温T.= 100.°C。

thermalBC (thermalModelS'边缘',2,'温度',100);

指定外边界(边3)的对流边界条件,外边界周围温度为100°C,传热系数是 50. W. / m C

thermalBC (thermalModelS'边缘'3,......'对流连接', 50岁,......'AmbientTemperature',100);

杆(边4)底部的热流为 5000 W. / m 2

thermalBC (thermalModelS'边缘',4,“HeatFlux”, 5000);

生成网格。

msh = generateMesh (thermalModelS);图pdeplot (thermalModelS)轴平等的

图中包含一个坐标轴。轴包含2个类型的型号。

解决模型并绘制结果。

结果=解决(ThermalModels);t =结果。图pdeplot(ThermalModels,'xydata'T“轮廓”'在')轴平等的标题'稳态温度'

图中包含一个坐标轴。具有标题稳态温度的轴包含12个类型的贴片物体,线路。

瞬态解决方案

创建一个瞬态热模型,用于求解轴对称问题。

ThermalModelt = Createpde('热的''瞬态轴对称');

使用与稳态分析相同的几何形状和网格。

G = decsg([3 4 0 0 .2 .2 -1.5 1.5 -1.5]');geometryFromEdges (thermalModelT g);thermalModelT。要看更多有关憩苑网=;

指定材料的导热性,质量密度和比热的热量。

ThermalProperties(ThermalModelt,'导热系数',k,......'massdention',rho,......“SpecificHeat”,CP);

指定内部热源和边界条件。

InternalHeatsource(ThermalModelt,Q);ThermalBC(ThermalModelt,'边缘',2,'温度',100);ThermalBC(ThermalModelt,'边缘'3,......'对流连接', 50岁,......'AmbientTemperature',100);ThermalBC(ThermalModelt,'边缘',4,“HeatFlux”, 5000);

指定棒中的初始温度为0°C。

温热(ThermalModelt,0);

计算从T = 0到T = 500秒的解决方案时间的瞬态解决方案。

tfinal = 50000;Tlist = 0:100:TFinal;结果=解决(ThermalModelt,Tlist);

绘制t = 50000秒时的温度分布。

t =结果。图Pdeplot(ThermalModelt,'xydata',趋向),“轮廓”'在')轴平等的标题(Sprintf('最终时间的瞬态温度(%g秒)',tfinal))

图中包含一个坐标轴。标题为Transient Temperature at Final Time (50000 seconds)的轴包含12个类型为patch、line的对象。

在杆的底表面处找到温度:首先,在中心轴线,然后在外表面上。

Tcenter = InterpoLateTeTemperature(结果,[0.0; -1.5],1:Numel(Tlist));Touter = InterpoLateTemperature(结果,[0.2; -1.5],1:Numel(Tlist));

把杆子左端的温度作为时间的函数画出来。棒的外表面暴露在温度为100的恒定环境中°C.当杆的表面温度小于100时°C,环境加热棒。外表面比内轴稍微暖和一些。当表面温度大于100时°C,环境使棒冷却。外表面变得比棒的内部更冷。

图情节(Tlist,Tcenter)持有情节(tlist招徕顾客者,' - ')标题"底部温度与时间的函数"包含'时间,s'ylabel.'温度,c'网格传奇(中心轴的'外表面'“位置”“东南”

图中包含一个坐标轴。作为时间函数的底部标题温度的轴包含2个类型的线。这些物体表示中心轴,外表面。