[發明專利]一種三維接觸傳熱的計算方法

在審

• 申請號: 202111256136.5
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113962130A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 嚴成增
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 萬文廣

本發明提供一種三維接觸傳熱的計算方法，通過網格劃分將顆粒介質或連續?非連續介質劃分為若干個多面體實體單元；根據相互接觸的兩個多面體實體單元的節點坐標，確定兩個多面體實體單元的重疊區域；計算兩個多面體實體單元間的接觸熱流量；根據兩個多面體實體單元間的接觸熱流量，利用插值形函數，得到各多面體實體單元的節點的熱流量；結合顆粒介質內部或連續介質內部熱傳導的計算方法，得到多面體實體單元中各個節點溫度；循環上述步驟，即可實現接觸顆粒介質或連續?非連續介質三維接觸傳熱的模擬。本發明提出的技術方案的有益效果是：能夠對連續?非連續介質或顆粒介質間的接觸傳熱進行計算。

技術領域

本發明涉及三維熱傳導技術領域，尤其涉及一種三維接觸傳熱的計算方法。

背景技術

連續-非連續介質或顆粒介質問題涉及土木工程、巖土工程、地質工程、礦業、制藥、化工、農業等工程應用問題。隨著計算機硬件的發展及計算仿真技術的發展，采用數值模擬方法逐漸成為顆粒介質或連續-非連續介質接觸傳熱分析計算的有力工具。目前，求解接觸傳熱問題的主要計算方法是離散元方法。離散元法在求解三維接觸傳熱時，主要采用圓球來表示顆粒介質，即便對于具有復雜形狀的顆粒，也是將其用圓球或者圓球的組合來表示，這樣顆粒介質的三維接觸傳熱，最終轉化為兩個圓球之前的接觸傳熱。雖然，該方法具有計算效率高的優點，但無法很好地表征顆粒的形狀，計算精度相對較低。因此，現有方法在計算三維接觸傳熱方面仍然存在很多問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種三維接觸傳熱的計算方法，能夠對連續-非連續介質或顆粒介質間的接觸傳熱進行計算。

本發明的實施例提供一種三維接觸傳熱的計算方法，包括：

S1通過網格劃分將顆粒介質或連續-非連續介質劃分為若干個多面體實體單元，使相互接觸的顆粒介質或連續-非連續介質之間的接觸傳熱轉化為相互接觸的多面體實體單元間的接觸傳熱；

S2根據相互接觸的兩個多面體實體單元的節點坐標，確定兩個多面體實體單元的重疊區域；

S3計算兩個多面體實體單元間的接觸熱流量，兩個多面體實體單元間的接觸熱流量等于通過重疊區域的外邊界面的熱流量之和；

S4根據兩個多面體實體單元間的接觸熱流量，利用插值形函數，得到各多面體實體單元的節點的熱流量；

S5結合顆粒介質內部或連續介質內部熱傳導的計算方法，得到多面體實體單元中各個節點溫度；

S6循環步驟S1-S5，即可實現接觸顆粒介質或連續-非連續介質三維接觸傳熱的模擬。

進一步地，步驟S3包括：

S31將接觸的兩個多面體實體單元記為主動單元和被動單元，主動單元外邊界面與被動單元內部相交的部分記為主動外邊界面Sc，被動單元外邊界面與主動單元內部相交的部分記為被動外邊界面St；

S32被動單元通過主動外邊界面流入主動單元的熱流量的表達式為：

式中，Ps_c為主動外邊界面內的任意一點，Tt(Ps_c)為點Ps_c在被動單元內的溫度，Tc(Ps_c)為點Ps_c在主動單元內的溫度，h_c為接觸熱傳導系數；

主動單元通過被動外邊界面流入被動單元的熱流量的表達式為：

式中，Ps_t為被動外邊界面內的任意一點，Tc(Ps_t)為點Ps_t在主動單元內的溫度，Tt(Ps_t)為點Ps_t在被動單元內的溫度，h_c為接觸熱傳導系數；