二维椭圆型流动传热通用程序
二维椭圆型流动传热通用程序
变量表及算例说明
（本材料仅供教学参考）
西安交通大学
CFD&NHT/EHT研究中心
陶文铨教授
2002/10/15
西安
目录 (2)
一、FORTRAN 变量表 (3)
二、关于程序的主要说明 (6)
（1）二维椭圆型流动和传热问题通用计算机算法方面的特点 (6)
（2）各程序的主要功能 (7)
（3）三种坐标系统 (8)
（4）网格系统与节点命名方法 (9)
十一个例题的已知条件与求解内容 (12)
例题1 直角坐标中二维稳态无内热源的导热 (12)
例题2 空心圆柱内的稳态热传导 (12)
例题3正方形管道内的充分发展对流换热 (13)
例题4内壁上有直肋的环形通道内充分发展对流换热 (13)
例题5给定流场条件下温度场的计算 (14)
例题6二维突扩通道中的流动与换热 (14)
例题7方形通道内的复杂充分流动 (15)
例题8 旋转圆盘上的冲击流动 (15)
例题9 轴对称燃烧内的瞬间燃烧过程 (16)
例题10 带中心射流的通道内的紊流换热 (16)
例题11 有质量源的流动问题 (17)
一、 FORTRAN 变量表
List of FORTRAN Variables
ACOF
Quantity calculated by subroutine DIFLOW to give the combined convection and diffusion effect.
AIM (I, J) The coefficient W a .
AIP (I, J) The coefficient E a .
AJM (I, J) The coefficient S a .
AJP (I, J) The coefficient N a .
AP (I, J) t The coefficient
P a ; also P S in GAMSOR.
APT The unsteady term /t ρ
?.
AREA Local variable, usually the area of a C.V . face. ARHO Local variable, (area) (
ρ
).
ARX (J) The area of the main C.V . face normal to the x direction. ARXJ (J) The part of ARX (J) that overlaps on the C.V . for V (I, J). ARXJP (J) The part of ARX (J) that overlaps on the C.V . for V (I, J+1). BL BLC BLM BLP
Coefficients used in the block correction.
CON (I, J)
The constant term b in the discrimination equation; also stands for C s in
GAMSOR.
DENOM Temporary storage. DIFF Diffusion conductance D. DT The time step
t ?.
DU (I, J) e d Influencing U (I, J).
DV (I, J) n d Influencing V (I, J).
F (I, J, NF) Various φ.
FL Temporary storage leading to FLOW. FLM Temporary storage leading to FLOW. FLOW FLP
Mass flow rate through a C.V . face. Temporary storage leading to FLOW.
FV (J) FVP (J) Interpolation factors which give the mass flow
vr
ρAt a main grid point, I, J as FV (J) *vr
ρ(I, J)+FVP (I, J) * vr
ρ(I,J+1)
FX (I) Interpolation factors, which give the interface.
FXM (I) Density RHOM (at the location of U (I, J)) as FX (I) *RHO (I, J)+FXM (I)
*RHO (I-1, J).
FY (J) Interpolation factors, which give the interface.
FYM (J) Density RHOM (at the location of V (I, J)) as FY (J) *RHO (I, J)+FYM (J)
*RHO (I, J-1).
GAM (I, J) The diffusion coefficient Γ.
I Index denoting the position in x.
IBEG
IEND
Temporary values used in PRINT.
IFST The first value of I for which the print-out is arranged; used in PRINT.
II Temporary index.
IPREF The value of I for the grid point, which is used as a reference for pressure.
IST The first internal-point value of I.
ISTF IST-1; used in SOLVE.
ITER A counter for iterations.
IT1
IT2
Temporary values used in SOLVE.
J Index denoting the position in y.
JFL Temporary index used in PRINT.
JFST Similar to ILST.
JJ Temporary index
JLST Similar to ILST
JPREF Similar to IPREF.
JST The first internal-point value of J.
JSTF JST-1; used in SOLVE.
JT1
JT2
Temporary values used in SOLVE.
LAST The maximum number of iterations allowed by the user.
LBLK (NF) When. TRUE. The block correction for F (I, J, NF) is used.
LPRINT (NF) When. TRUE. , F (I, J, NF) is printed.
LSOLVE (NF) When. TRUE. , We solve for F (I, J, NF).
LSTOP When. TRUE. Computation stops.
L1 The value of I for the last grid location in the x direction.
L2 (L1-1).
L3 (L1-2).
MODE Index for the coordinate system; =1 for xy, =2 for rx, =3 for rθ.
M1 The value of I for the last grid location in the y direction.
M2 (M1-1).
M3 (M1-2).
N Temporary storage for NF.
φ.
NF Index denoting a particular
NFMAX The largest value of NF for which storage is assigned.
NGAM NFMAX+3; GAM (I, J) can be considered as F (I, J, NGAM).
NP NFMAX+1; P (I, J) can be considered as F (I, J, NP).
NRHO NFMAX+2; RHO (I, J) can be considered as F (I, J, NRHO).
NTIMES (NF) The number of repetitions of the sweeps in SOLVE for the variable F (I, J, NF). P (I, J) The pressure p.
'p.
PC (I, J) The pressure correction
PREF The pressure at the reference point.
PT (I) or PT (J)
QT (I) or QT (J) Transformed coefficients in the TDMA.
R (J) The radius r for a main grid point I, J.
REL 1.0-RELAX (NF).
RELAX (NF) Relaxation factor for F (I, J, NF).
RHO (I, J) The density ρ.
RHOCON The value of ρfor a constant-density problem.
RMN (J) The value of radius r for the location to which V (I, J) refers.
'p equation. SMAX The largest absolute value of the “mass source” used in the
'p equation.
SSUM The algebraic sum of all the “mass sources” in the
SX (J) Scale factor for the x direction at the main grid locations Y (J).
SXMN (J) Scale factor for the x direction at interface locations YV(J).
TEMP Temporary storage.
TIME Time t for unsteady problems.
TITLE (NF) Alphabetic title for F (I, J, NF).
U (I, J) The x-direction velocity u.
V (I, J) The y-direction velocity v.
VOL Volume of the C.V.
X (I) The values of x at grid points.
XCV (I) The x-direction widths of main C.V..
XCVI (I) The part of XCV (I) that overlaps on the C.V. for U (I, J).
XCVIP (I) The part of XCV (I) that overlaps on the C.V. for U (I+1,J).
XCVS (I) The x-direction width of the staggered C.V. for U (I, J).
XDIF (I) The difference X (I)-X (I-1).
XL The x-direction length of the calculation domain.
XU (I) The locations of the C.V. faces; i.e. the location of U (I, J).
Y (J) The values of y at grid points.
YCV (J) The y-direction widths of main C.V.
r?for a main C.V.
YCVR (J) The area y
r?for the C.V. for v (I, J).
YCVRS (J) The area y
YCVS (J) The y-direction width of the staggered C.V. for V (I, J).
YDIF (J) The difference Y (J)-Y (J-1).
YL The y-direction length of the calculation domain.
YV (J) The locations of the C.V. faces; i.e. the location of V (I, J).
二关于程序的主要说明
（1）二维椭圆型流动和传热问题通用计算机程序算法方面的特点
1、采用原始变量法，即以速度U、V及压力P作为直接求解的变量
2、守恒型的差分格式，离散方程系对守恒型的控制方程通过对控制容积作积分而得出
的，无论网格疏密程度如何，均满足在计算区域内守恒的条件；
3、采用区域离散化方法B，即先定控制体界面、再定节点位置
4、采用交叉网格，速度U、V与其他变量分别存储于三套网格系统中；
5、不同的项在空间离散化过程中去不同的型线假设，源项采用局部线性化方法；扩散—
—对流项采用乘方格式（但很容易转化为中心差分、迎风差分或混合格式）；街面上的扩散系数采用调和平均法，而密度与流速则用线性插值；
6、不稳态问题采用全隐格式，以保证在任何时间步长下均可获得具有物理意义的解；
7、边界条件采用附加源项法处理；
8、耦合的流速与压力采用SIMPLE算法来求解；
9、迭代式的求解方法，对非线性问题，整个求解过程具有迭代性质；对于代数方程也采
用迭代法求解；
10、采用交替方向先迭代法求解代数方程并补以块修正技术以促进收敛。
（2）各方程块的主要功能
1、主程序MAIN :规定整个计算过程的流程，决定是否停止计算。
2、子程序SETUP1:设置与网格系统有关的，在计算过程中保持不变的几何参数及设置
U、V、P’、P、ρ、CON(S C)、AP(S P)的初值。
3、子程序SETUP2：1.建立每一轮迭代中变量U、V及P’和其他变量离散方程的系数a E、
a W、a N、a S、a P及b项。所有变量公用一套数组逐个求解，逐个确定各自目标的系数，
以节省内存。在建立系数过程中调用DIFLOW子程序；2调用SOLVE子程序求解代
数方程；3迭代次数指标及时间步长增值；
4、子程序DIFLOW：计算乘方格式中的系数A(|p|);
5、子程序SOLVE:采用交替方向线迭代法并辅以块修正技术求解代数方程；
6、子程序GRID：设置为建立网格系统所必须的量，包括
（1）设置x,y方向求解区域的宽度XL及YL
（2）设置x,y方向上各自的节点数L1及M1
（3）设置x,y方向上控制体积的界面位置，
XU(I),I=2,L1;YV(J),J=2,M1。如为均分网格可确定子程序UGRID,如为
非均分网格需由用户在GRID中把XU(I),YV(J)一一设置好。
（4）规定坐标系，MODE=1，2，3分别相应于直角、圆柱轴对称
及极坐标
（5）当MODE不等于1时，规定径向起始点半径R(I)
7、子程序START:设置初值，包括
（1）、对不稳态问题给出初始条件
（2）、对稳态问题给出迭代求解的假定值
（3）、已知的边界值也可在此块中，在设置初值或假定值时一并送入，但对边界条件
随时间而异的不稳态不能在此块中赋值，因在整个计算过程中此会仅执行一次。
8、子程序DENSE:规定密度场，对于密度为常数的问题，此块中可不设任何语句，但必
须保留ENTRY及RETUIRN语句
9、子程序BOUND:规定边界条件，包括
（1）设置各变量的边界条件
（2）对各特殊问题所需的量，如Nu, fRe等等可在此块中计算，但也可在
OUTPUT中设置
10、子程序OUTPUT：打印输出，包括
（1）每做一轮迭代，输出一行信息，以观察收敛情形；
（2）调用PRINT子程序，实现二维物理量场的输出；
（3）用户所需输出的其他特殊变量
11、子程序GAMSOR：设置扩散系数及源项，包括
(1)设置控制方程中规定的源项S c,S p
(2)对第二，三类边界条件设置与边界相邻的控制体中的附加源项，S c,ad及s p,ad
（3）内节点及边界节点规定扩散系数，扩散采用附加源项法时令边界扩散系数为零。
12、子程序UGRID:为均分网格设置界面位置
13、子程序PRINT:输出二维物理场
(3)三种坐标系统
直角坐标系，Z 方向厚度为1;MODE=1。
轴开始；两个区域同
极坐标系，Z 方向厚度为1；MODE=3;计算区域的θ角须小于2π；Y(J)可从任何点起算，但R(J)比从中心点开始；R(1)为计算区域边界的最小半径。
边界压力P(1,2)、P(2,1)
P(1,1)=P(1,2)+P(2,1)-P（2,2）
三、十一个例题的已知条件与求解内容
例题1 直角坐标中二维稳态无内热源的导热
：已知：求解区域如图1所示，四个边界上的温度由下式决定；T=x+y+xy
求：该区域中的温度分布。
图1
例题2 空心圆柱内的稳态热传导
已知：求解区域如图2所示。左边界为给定温度，右边界为对流，上边界为绝热，下边界为
给定热流。整个计算区域内都有源项。
求：该区域中的温度分布。
计算方法：用附加源项法处理第2，3类边界条件
例题3正方形管道内的充分发展对流换热
已知：常物性流体在均匀壁温的正方形截面管道内作充分发展的对流换热（如图3）。
求：截面上的速度分布、温度分布、fRe及Nu。
计算方法：充分发展对流换热问题的处理特点
图3
例题4内壁上有直肋的环形通道内充分发展对流换热
已知：常物性流体在带直肋的环形通道内作充分发展层流对流换热，内表面为均匀壁温（周向），轴向则呈线性变化，外表面绝热。R1=1,R2=2,а=15o。
求：截面上速度分布、温度分布及fRe、Nu。
计算方法：耦合问题的一种处理方法。
图4
例题5给定流场条件下温度场的计算
已知：流体流过一个直角的两表面，速度场为u=Ax,V=-AY,a=10,Tin=500,Tw=100 求计算区域中温度的分布。
例题6二维突扩通道中的流动与换热
已知：由两平行平板组成的突扩通道，尺寸如图所示。流动为层流。入口流速均匀，Vin=100,入口温度均匀，Tin=100,通道壁温均匀，T w =300。流体P r =0.7,分子粘性μ=1，密度按下式变化，
T
T ref ref
ρρ=，其中参考密度ρref =1,参考温度T ref =300,求：通道中流体的速度分布、温度分布、
密度分布及压力场。
计算方法：出口边界条件的处理
例题7方形通道内的复杂充分流动
已知:常物性流体在如下图示方形管道内作充分发展的流动与换热(重力项中的密度采用Boussines假设).ρgβ=104,T1=0,T2=1,PR=0.7,μ=1.0 dp/dz=const计算中取-3000,进入充分发展时右边进入的热量等于左边导出的热量.
求截面上速度U、V的分布，Z方向的分量W的分布，温度分布及压力场。
计算方法：如何用一个二维程序来计算三个速度分量。
图7 绝热
例题8 旋转圆盘上的冲击流动
已知：一股流体冲击到一个旋转圆盘上，ω=100,U in＝100，μ＝1.流体从右侧排出腔体
求：腔体内的速度及压力分布
例题9 轴对称燃烧内的瞬间燃烧过程
已知：燃料与空气如图9所示进入轴对称燃烧室，设：
1、仅有三种组分：燃料，氧气及燃烧产物
2、氧气与燃料的扩散系数相等
3、反应在瞬间内完成
4、对各个组分Cp均相同
u1=20,u2=50, μ＝1,P r=0.7燃料焓H fu=3×107,V0=0.2U2
例题10 带中心射流的通道内的紊流换热
已知：如图10，带一般中心射流的流体进入一平行板通道。流动为紊流，μ＝10－6 ,P r=0.7
求：紊流流动中的速度场、温度场
计算方法：紊流K-ε模型方程中的源项的处理
T=400
V=100
例题11
已知：一深为0.2米的湖泊尺寸如图11所示。湖泊中有一源与汇。湖面上与空气发生换热。Tair=100，h=2。Uin=100,Tin=500,湖的四个边均视为绝热。源处的入口强度为4。湖深方向当作均匀处理（即按X——Y坐标中的二维问题处理）。
求：湖泊中的速度、温度分布
计算方法：质量源项方法的应用。
传热系数计算方法
第四章循环流化床锅炉炉内传热计算 循环流化床锅炉炉膛中的传热是一个复杂的过程，传热系数的计算精度直接影响了受热面设计时的布置数量，从而影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传热系数是循环流化床锅炉设计的关键之一，也是区别于煤粉炉的重要方面。 随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，有关循环流化床锅炉的炉膛传热计算思想和方法的研究也在迅速发展。许多著名的循环流化床制造公司和研究部门在此方面也做了大量的工作，有的已经形成商业化产品使用的设计导则。 但由于技术保密的原因，目前国内外还没有公开的可以用于工程使用的循环流化床锅炉炉膛传热计算方法，因此对它的研究具有重要的学术价值和实践意义。 清华大学对CFB锅炉炉膛传热作了深入的研究，长江动力公司、华中理工大学、浙江大学等单位也对CFB锅炉炉膛中的传热过程进行了有益的探索。根据已公开发表的文献报导，考虑工程上的方便和可行，本章根椐清华大学提出的方法，进一步分析整理，作为我们研究的基础。为了了解CFB锅炉传热计算发展过程，也参看了巴苏的传热理论和计算方法，浙江大学和华中理工大学的传热计算与巴苏的相近似。 4.1 清华的传热理论及计算方法 4.1.1 循环流化床传热分析 CFB锅炉与煤粉锅炉的显著不同是CFB锅炉中的物料(包括煤灰、脱硫添加剂等)浓度C p 大大高于煤粉炉，而且炉内各处的浓度也不一样，它对炉内传热起着重要作用。为此首先需要计算出炉膛出口处的物料浓度C p，此处浓度可由外循环倍率求出。而炉膛不同高度的物料浓度则由内循环流率决定，它沿炉膛高度是逐渐变化的，底部高、上部低。近壁区贴壁下降流的温度比中心区温度低的趋势，使边壁下降流减少了辐射换热系数；水平截面方向上的横向搅混形成良好的近壁区物料与中心区物料的质交换，同时近壁区与中心区的对流和辐射的热交换使截面方向的温度趋于一致，综合作用的结果近壁区物料向壁面的辐射加强，总辐射换热系数明显提高。在计算水冷壁、双面水冷壁、屏式过热器和屏式再热器时需采用不同的计算式。物料浓度C p对辐射传热和对流传热都有显著影响。燃烧室的平均温度是床对受热面换热系数的另一个重要影响因素。床温的升高增加了烟气辐射换热并提高烟气的导热系数。虽然粒径的减小会提高颗粒对受热面的对流换热系数，在循环流化床锅炉条件下，燃烧室内部的物料颗粒粒径变化较小，在较小范围内的粒径变化时换热系数的变化不大，在进行满负荷传热计算时可以忽略，但在低负荷传热计算时，应该考虑小的颗粒有提高传热系数的能力。 炉内受热面的结构尺寸，如鳍片的净宽度、厚度等，对平均换热系数的影响也是非常明显的。鳍片宽度对物料颗粒的团聚产生影响；另一方面，宽度与扩展受热面的利用系数有关。根
计算传热学
1、已知：一块厚度为0.1mm 的无限大平板，具有均匀内热源，q ＝50×103W/m 3，，导热系数K ＝10W/m.℃，一侧边界给定温度为75℃，另一侧对流换热，T f ＝25℃，，h=50W/m 2.℃,求解稳态分布。（边界条件用差分代替微分和能量平衡法），画图。(内,外节点) 2、试以下述一维非稳态导热问题为模型，编写求解一维非稳态扩散型问题的通用程序： 00 00000()()()() L L f x x x x L fL L x x x x T T k s c x x T k h T T W x T k h T T W x T T x τρτ =====???+=????=-+??-=-+?= 其中，x 是空间坐标变量，τ是时间坐标变量，T 是温度（分布），k 是材料的导热系数，s 是内热源强度，ρ是材料的密度，c 是材料的比热，h 0和h L 分别是x 0和x L 处流体与固体壁面间的换热系数，而T f0和T fL 分别是固体壁两侧流体的温度，W 0和W L 是x 0和x L 处(非对流换热)热流密度，T 0(x )是固体壁内初始温度分布。注意k 、ρ、c 、s 、h 0 、h L 、W 0和W L 均可以是温度T 和/或空间坐标x 的函数。 具体要求： 1) 将数学模型无量纲化； 2) 考虑各种可能的边界条件和初始条件组合 3) 提供完整的程序设计说明，包括数学推导过程和程序使用说明 3、对于有源项的一维稳态方程， s dx d T dx d u dx d +=)()(φφρ 已知 x=0,φ=0,x=1, φ=1.源项S=0.5-X 利用迎风格式、混合格式、乘方格式求解φ的分布.
传热学上机C程序源答案之一维稳态导热的数值计算
一维稳态导热的数值计算 1.1物理问题 一个等截面直肋，处于温度t ∞=80 的流体中。肋表面与流体之间的对流换热系数为 h =45W/(m 2?℃),肋基处温度t w =300℃，肋端绝热。肋片由铝合金制成，其导热系数为λ=110W/(m ?℃)，肋片厚度为δ=0.01m ，高度为H=0.1m 。试计算肋内的温度分布及肋的总换热量。 1.2数学描述及其解析解 引入无量纲过余温度θ = t?t ∞t w ?t ∞ ，则无量纲温度描述的肋片导热微分方程及其边界条件： 22 20d m dx θθ-= x=0,θ=θw =1 x=H, 0x θ?=? 其中m = 上述数学模型的解析解为：[()] ()() w ch m x H t t t t ch mH ∞∞--=-? ()()w hp t t th mH m ∞?= - 1.3数值离散 1.3.1区域离散 计算区域总节点数取N 。 1.3.2微分方程的离散 对任一借点i 有：22 2 0i d m dx θ θ??-= ??? 用θ在节点i 的二阶差分代替θ在节点i 的二阶导数，得：211 2 20i i i i m x θθθθ+--+-= 整理成迭代形式：()1122 1 2i i i m x θθθ+-=++ (i=2,3……,N-1) 1.3.3边界条件离散 补充方程为：11w θθ==
右边界为第二类边界条件，边界节点N 的向后差分得：1 0N N x θθ--= ，将此式整理为 迭代形式，得：N 1N θθ-= 1.3.4最终离散格式 11w θθ== ()1122 1 2i i i m x θθθ+-= ++ (i=2,3……,N-1) N 1N θθ-= 1.3.5代数方程组的求解及其程序 假定一个温度场的初始发布，给出各节点的温度初值：01θ，02θ，….，0 N θ。将这些初值代 入离散格式方程组进行迭代计算，直至收敛。假设第K 步迭代完成，则K+1次迭代计算式为： K 11w θθ+= () 11 11 2212i i K K K i m x θθθ+-++= ++ (i=2,3……,N-1) 1 11N K K N θθ-++= #include
计算传热学程序设计
中国石油大学(华东) 储建学院热能与动力工程系 《计算传热学程序设计》 设计报告 1引言 有关墙体传热量计算的方法是随着人们对房间负荷计算精度要求的不断提高而不断发展的.考虑辐射强度和周围空气温度综合作用，当外界温度发生周期性的变化时，屋顶内部的温度和热流密度也会发生周期性的变化。 计算题目 有一个用砖墙砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面尺寸如图1所示。假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化相对较小，可近似地予以忽略。试计算稳态时砖墙截面的温度分布及垂直于纸面方向1米长度的冷量损失。设砖墙的导热系数为(m·℃)。内、外壁面均为第三类边界条件，外壁面：t f1=30℃,h1=10W(m2·℃);内壁面：t f2=10℃, h2=4W(m2·℃)。
图1 砖墙截面 已知参数 砖墙的基本尺寸，砖墙的导热系数，外壁面的表面传热系数，对应的流体温度，内壁面的表面传热系数，对应的流体温度。 2 物理与数学模型 物理模型 由题知垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化相对较小，可近似予以忽略，墙面为常物性，可以假设： 1）砖墙在垂直于纸面方向上没有导热。 2）由于系统是几何形状与边界条件是对称的，它的中心对称面就是一个绝热边界，这时只需求解1/4个对称区域就可以得到整个区域的解。 数学模型 考虑到对称性，取右下的1/4为研究对象，建立如图2的坐标系。 a 图2 砖墙的稳态导热计算区域 由上述的物理模型与上面的坐标系，该问题的数学模型可直接由导热微分方程简化而来，即 22220T T x y ??+=?? (1) 相应的边界条件是：
1.1 0y T y =?=? 1.5 0x T x =?=? (2) 110 ()f x x T h T T x λ ==?-=-? (3) 111.1 1.1 ()f y y T h T T y λ ==?-=-? (4) 22(0.5,00.6)(0.5,00.6) ()f x y x y T h T T x λ =<<=<
ISO9001-2015车间温湿度控制程序A0
车间温湿度控制程序 （ISO9001：2015） １．温湿度管理概述 要做好组装、测试间温湿度管理工作，首先要学习和掌握空气温湿度的基本概念以及有关的基本知识。 （１）空气温度 空气温度是指空气的冷热程度。 一般而言，距地面越近气温越高，距地面越远气温越低。 在日常温度管理中，多用摄氏表示，凡０度以下度数，在度数前加一个“－”，即表示零下多少摄氏度。 （２）空气湿度 空气湿度，是指空气中水汽含量的多少或空气干湿的程度。 表示空气湿度，主要有以下几种方法： ①绝对湿度 绝对湿度，是指单位容积的空气里实际所含的水汽量，一般以克为单位。 温度对绝对湿度有着直接影响。一般情况下，温度越高，水汽蒸发得越多，绝对湿度就越大；相反，绝对湿度就小。 ②饱和湿度 饱和湿度，是表示在一定温度下，单位容积空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结，变成水滴。些时的空气湿度便称为饱和湿度。 空气的饱湿度不是固定不变的，它随着温度的变化而变化。温度越高，单
位容积空气中能容纳的水蒸气就越多，饱和湿度也就越大。 ③相对湿度 相对温度是指空气中实际含有的水蒸气量（绝对湿度）距离饱和状态（饱和湿度）程度的百分比。即，在一定温度下，绝对湿度占饱和湿度的百分比数。相对湿度用百分率来表示。公工为： 相对温度＝绝对湿度／饱和湿度×１００％ 绝对温度＝饱和温度×相对温度 相对湿度越大，表示空气越潮湿；相对湿度越小，表示空气越干燥。 空气的绝对湿度、饱和温度、相对湿度与温度之间有着相应的关系。温度如发生了变化，则各种湿度也随之发生变化。 ④露点 露点，是指含有一定量水蒸气（绝对湿度）的空气，当温度下降到一定程度时所含的水蒸气就会达到饱和状态（饱和湿度）并开始液化成水，这种现象叫做结露。水蒸气开始液化成水时的温度叫做“露点温度”，简称“露点”。如果温度继续下降到露点以下，空气中超饱和的水蒸气，就会在商品或其他物料的表面上凝结成水滴，此现象称为“水池”，俗称商品“出汗”。此外，风与空气中的温湿度有密切关系，也是影响空气温湿度变化的重要因素之一。 ２．内外温湿度的变化 从气温变化的规律分析，一般在夏季降低车间内温度的适宜时间是夜间１０点钟以后～次日晨６点钟。当然，降温还要考虑到商品特性、车间条件、气候等因素的影响。
温度的PID控制及程序示例
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
计算传热作业1
储运与建筑工程学院能源与动力工程系 计算传热学课程大作业报告 作业题目：代数方程组的求解 学生姓名：田 学号： 专业班级：能动1 2017年9月23日
目录 一、计算题目 (3) 二、离散方程 (3) 三、程序设计 (4) 3.1 高斯赛德尔迭代法 (4) 3.2 TDMA法 (5) 四、程序及计算结果验证 (6) 五、网格独立性考核.................... 错误！未定义书签。 3.1 高斯赛德尔迭代法 (7) 3.2 TDMA法 (8) 六、结果分析与结论 (8) 3.1 高斯赛德尔迭代法 (9) 3.2 TDMA法 (10)
一、计算题目 分别用高斯赛德尔迭代和TDMA 方法求解方程 2 2dx d dx d u φφρΓ= （1） 在Γ u ρ=-5，-1,0,1,5情况下的解，并表示在图中。 其中，x =0，φ=0；x =1，φ=1. 二、离散方程 采用控制容积法： 即??Γ=e 22w e w dx d dx d u φφ ρ（2） ) )()(()2 2 ( w W P e P E p w p e x x u δφφδφφφφφφρ---Γ=+- +（3） 假设均分网格，则有x x x w e ?==)()(δδ 上式则变为： )2(2)(W P E W E u x φφφφφρ+-Γ=-?（4） 即11)2()2(4-+?+Γ+?-Γ=Γi i i u x u x φρφρφ（5） 11)421()421(-+Γ ?-+Γ?-=i i i u x u x φρφρφ（6）
三、程序设计 3.1 高斯赛德尔迭代法 由已知公式 11)421()421(-+Γ ?-+Γ?-=i i i u x u x φρφρφ可设计高斯赛德尔迭代C 语言程序如下： #include
简单温度控制完整程序
简单温度控制完整程序
#include
typedef bit BOOL ; unsigned char k,dat_wr[8],dat_rd[8]; void putchar(uchar weizhi,uchar da); void delay(uchar); void lcd_wcmd(uchar); BOOL lcd_bz(); void lcd_pos(uchar) ; void lcd_wdat(uchar) ; void display(uchar,uchar *) ; void lcd_init(); void longdelay(uchar s); void keyscan(void); BOOL lcd_bz() { // 测试LCD忙碌状态 BOOL result ; rs = 0 ; rw = 1 ; ep = 1 ;
基于单片机的温度控制器附程序代码
生产实习报告书 报告名称基于单片机的温度控制系统设计姓名 学号0138、0140、0141 院、系、部计算机与通信工程学院 专业信息工程10-01 指导教师 2013年 9 月 1日
目录 1.引言.................................. 错误!未定义书签。 2.设计要求.............................. 错误!未定义书签。 3.设计思路.............................. 错误!未定义书签。 4.方案论证.............................. 错误!未定义书签。方案一................................................. 错误!未定义书签。方案二................................................. 错误!未定义书签。 5.工作原理.............................. 错误!未定义书签。 6.硬件设计.............................. 错误!未定义书签。单片机模块............................................. 错误!未定义书签。 数字温度传感器模块 .................................... 错误!未定义书签。 DS18B20性能......................................... 错误!未定义书签。 DS18B20外形及引脚说明............................... 错误!未定义书签。 DS18B20接线原理图................................... 错误!未定义书签。按键模块............................................... 错误!未定义书签。声光报警模块........................................... 错误!未定义书签。数码管显示模块......................................... 错误!未定义书签。 7.程序设计.............................. 错误!未定义书签。主程序模块............................................. 错误!未定义书签。 读温度值模块.......................................... 错误!未定义书签。 读温度值模块流程图： ................................. 错误!未定义书签。
计算传热学课程设计报告 中国石油大学(华东)
《计算传热学基础》 对空气在有泡沫金属介质管内流动与传热的研究 热能与动力工程系10-1班 张皓威10123113 雒飞10123112 陈诚10123115 白代立10123122 指导教师：黄善波巩亮徐会金 2013年7月
目录 题目 (1) 一、问题分析 (3) 二、解题过程 (4) （一）对各个模型的流动和换热进行无量纲化 (4) 1、对各个模型的换热进行无量纲化 (4) 2、对各个模型的流动进行无量纲化 (5) （二）Darcy模型的温度分布 (7) （三）Brinkman模型的速度分布和温度分布 (9) （四）Forchheimer模型的速度和温度分布 (13) （五）Brinkman模型和Forchheimer模型的速度分布和温度分布进行对比。 (17) （六）Brinkman模型和Forchheimer模型的f, fRe, Nu值 (18) （七）总结 (20) 附录 (21) 附录1 计算Darcy模型的温度程序 (21) 附录2 计算Brinkman模型的速度和温度及Nu程序 (23) 附录3 计算Forchheimer模型的速度和温度及Nu程序 (26) 附录4 计算f和fRe的程序 (30) 参考文献 (31)
问题三十三（难度：5.0） 一根完全填充多孔介质管外表面为恒热流边界条件（2500m w q w =），管内径为00.02=r m ，平1=m u m s 的空气在管内流动，其内部层流充分发展 流动模型通常有Darcy 模型、Brinkman 模型和forchheimer 模型，管内填充孔 隙率为0.6ε =的多孔介质，渗透率表示为： () 232 1501εε= -d K 惯性系数表示为： 23 1.75150ε = F C 有效导热系数表示为： (1)εε=+-e f s k k k 充分发展的Darcy 流动模型： μ=-f dp u dz k （1） 充分发展的Brinkman 模型： 2μμ?=- +?f e p u u K （2） 充分发展的forchheimer 模型： 2μμρε?=- + ?-f f f F C p u u u u K K （3） 质量守恒方程： 0=?u 动量方程： ()()2ρμμρεε??=-?---????f f f f F C u u p u u u u J K K （4） 式中，J=u/∣u ∣是沿坐标轴方向的单位速度矢量；ρf 和μf 分别为流体的密度和动力粘度；V 为速度矢量；K ，ε，C F 分别为渗透率、孔隙率和惯性系数。动量方程右边的4项分别为：压力梯度、Brinkman 项、Darcy 项和forchheimer 项。 能量守恒方程： ()[]ρν??=????f F e C T k T （5）
有限容积法求解-方腔流动与传热
利用有限体积算法三阶迎风型QUICK 离散格式求解 二维不可压缩黏性流体方腔流动问题 1.二维不可压缩黏性流体方腔流动问题 二维不可压缩黏性流体方腔流动（cavity flow ）：有一正方形腔室，其量纲为一的宽度为1.0，里面充满静止的不可压缩黏性流体，方腔内初始时刻压力和密度为=1.0=1.0p ρ、它周围壁面（左右壁面和底面）固定不动，上壁面以量纲为一的速度1.0沿着上壁面方向自左向右运动（图F.1）。 2. 基本方程组、初始条件和边界条件 设流体是黏性流体。二维方腔流动问题在数学上可以由二维不可压缩黏性流动 N - S ()()u v x y x x φρφρφμ?????? += ????????? ） 其中u 为变量φ在水平x 方向的流速，v 为φ在垂直y 方向的流速，μ为黏度，S φ为源项。源项中不仅包含压力梯度项，也包含时间导数项。 初始条件：方腔上壁面以量纲为一的速度1.0沿着上壁面方向自左向右运动。 边界条件： 流动速度u v 、均可采用无滑移边界条件，压力p 采用自由输出边界条件。 3.计算网格划分和控制体单元与节点定义 采用交错网格，图F.2和图F.3是计算网格、控制体单元和节点示意图。 图F.1二维不可压缩黏性 方腔流问题示意图
节点P 所在主控制单元如图F.2中有阴影部分所示。在x 方向与节点P 相邻的节点为W 和E ，在y 方向与节点P 相邻的节点为S 和N ，主控制单元界面分 别为w s e n 、、、 。压力p 和速度u v 、分别在三套不同网格中如图F.3中有阴影部分所示。 4.有限体积算法三阶迎风型QUICK 离散格式 对方程（F.1）在图F.2所示节点P 所在控制体单元内积分，有： ()()V V V V V u dV v dV dV dV S dV x y x x y y φφφρφρφμμ??????? ????????+=++ ? ????????????????（F.2） 由于二维不可压缩黏性流体方腔流动是二维问题，因此控制体单元体积V ?仅是面积，而它的边界是长度。设 ,w e s n A A y A A x ==?==?，利用Gauss 定理，可将方程（F.2）改写成如下有限体积算法离散格式： ()()()()e w n s e w n s u A u A v A v A A A A A S x y x x y y φρφρφρφρφφφφφμμμμ????-+-???? ????????? ???=-+-+?? ? ? ? ?????? ??????? （F.3） 对上式中e w n s x x y y φφφφ???? ???????? ? ? ? ?????????????、、 、采用一阶向前差分近似，则有： 图F.2方腔流动计算网格、 控制体单元和节点示意图 图F.3计算采用的交错网格示意图
温度PID控制实验
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
热工数值计算设计报告
《热工数值计算》程序 设计报告
1 设计题目 利用试射法计算一维等截面圆柱形直肋的温度分布和散热量。并与分析解进行对比。截面面积为5mm 2，材料的导热系数为14W/(m ?℃)，肋高100mm,肋根温度为320℃，肋端绝热，环境温度为20℃，总表面传热系数为20 W/(m 2?℃)。 2．物理与数学模型 2．1物理模型 如图1示温度为320℃的壁面上有一圆柱形直肋，肋片的形状和对象的各参数如图1中所标示。 图1 一维等截面圆柱形直肋 2．2数学模型 为了建立描述该一维等截面圆柱形直肋的温度分布的数学描述，建立如图1示的坐标系，并从肋片中距肋基x 处取出长为dx 微无体，如图2所示 图2 研究对象的微元体模型 Q x Q x+dx ) ) 2 x
在稳态的条件下，微元体满足如下的能量守恒， Q x= Q t + Q x+dx 式中，Q x 和Q x+dx 分别为在x 处导入微元体的热量和在x+dx 处导出的微元体的热量。Q t 是通过微元体侧面散布失到环境中的热量。 根据Fourier 定律，Q x 和Q x+dx 可表示为， dx dT A Q x λ-= dx dx dQ Q Q x x dx x + =+ 式中λ为肋片材料的导热系数；A 为肋片的截面积。 通过肋片侧表面积的散热量Q t 可表示为， )(f t T T hF Q -= 式中，h 为肋片表面传热系数，F 为微元体的侧表面积，它应等于 U d x F = 式中，U 为圆柱形微元体的周长，dx 为微元体的长度。 将Q x 、Q x+dx 和Q t 的表达式代入到能量守恒方程式中，有 )(2 2f T T A hU dx T d -=λ （1） 相应的边界条件为 w x T T ==0 （2） 0==l x dx dT （3） 此即描述该一维等截面圆柱形直肋的温度分布的数学模型。 3 数值处理与程序设计 3.1 将数学模型改写为试射法的形式 所建数学模型为边值问题，通过降阶处理，方程（1）可以转换为一阶常微分方程组，然后利用试射法进行数值计算，即， 令 211, y dx dy dx dT y T ===
PID温度控制的PLC程序设计
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
计算流体力学与传热学大作业
########学院 计算流体力学与传热学 学号： 专业： 学生姓名： 任课教师：教授 2013年12月
目录 第一章验证显式格式的稳定性 (4) 1.1 概述 (4) 1.2 数学推导 (4) 1.3 问题描述 (4) 1.4 数值模拟 (4) 1.5 结果及分析 (5) 第二章判断肋片可以按一维问题处理的主要依据 (6) 2.1 概述 (6) 2.2 问题描述及算法 (6) 2.3 数值模拟 (7) 2.4 结果及分析 (8) 第三章三层墙导热 (9) 3.1 概述 (9) 3.2 问题描述 (9) 3.3 TDMA算法 (9) 3.4 结果 (10) 第四章一维无源稳态对流扩散问题 (11) 4.1 公式及初值 (11) 4.2 情况一 (11) 4.3 情况二 (12) 4.4 情况三 (13)
第五章用ADI算法计算长方肋内的温度分布 (14) 5.1 问题描述 (14) 5.2 初始参数 (14) 5.3 情况一，一列列扫 (14) 5.4 情况二，一行行扫 (14) 5.5 情况三，采用ADI算法 (15) 5.6 结果分析 (15) 参考文献 (16)
第一章 验证显式格式的稳定性 1.1 概述 将一维非稳态热传导方程用显式格式差分化为代数方程，在求解的迭代过程中必须满足一定的条件，才能使方程收敛且结果正确。此处即验证β≤?。 1.2 数学推导 方程： 22T t T x α??=?? （1） 显式离散格式： 此处时间向前差分，空间中心差分 111 22n n n n n i i i i i T T T T T t x α+-+--+=?? 1112(2)n n n n n i i i i i t T T T T T x α +-+?-=-+? 令β=2 t x α ??则： 111(2)n n n n n i i i i i T T T T T β+-+-=-+ （2） 误差也应该满足上式，故： ()()1()()()2()()i i i i i Ikx Ikx Ik x x Ikx Ik x x n n n n n T e T e T e T e T e ψψβψψψ----?--+?+??-=-+?? ()()()1()12()()()i i i i Ikx Ikx Ik x x Ik x x n n n n T e T e T e T e ψβψβψψ----?-+?+??=-++?? ()()1()12()()i i i Ikx Ikx Ikx n n Ik x Ik x n T e T e e e T e ψβψβψ---+-??=-++ ()()1() 121() n Ik x Ik x n T e e T ψββψ+-??=-++≤ 因此 β≤?。即当β≤? 时方程（2）才会有收敛的解。 1.3 问题描述 在验证过程中同时可模拟一个实际问题，即冬季里墙壁中的温度分布。此时室内壁温设为Tl=30.0℃，室外壁温Tr=-25.0℃，墙壁以11号楼为例，L=1m ，热扩散系数ɑ=alfa=1.33e-6m 2/s 然后分别取β=0.4，n=10和β=0.6，n=10两种情况，看最后的结果是否收敛和正确。 1.4 数值模拟
智能温度控制器程序
/**************************************************************************/ /*** 名称：智能温度控制器***/ /*** 功能：读取当前DS18B20温度，由五个八段数码管显示出来。***/ /*** 描述：选择DS18B20的最高精度——12位精度转换,增量为0.0625.使测温***/ /*** 温度有较高的精度, 五个数码管能实现00.000--99.999范内较高精度***/ /*** 的数值显示，可应用于对温度控制有较高要求的场合。***/ /*** 连线：DS18B20的2脚与单片机的P1.0口连接***/ /***************************************************************************/ #include
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