计算传热学论文

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1、计算传热学的发展一、萌芽初创时期(1965—1974)在这一历史时期中有以下一些重大的事件：(1)交错网格的提出。初期的NHT发展过程中所碰到的两个主要困难之一是，网格设置不适当时会得岀具有不合理的压力场的解。1965年美国科学家HaHow/Welch提出了交错网格的思想，即把速度分量与压力存放在相差半个步长的网格上，使每个速度分量的离散方程中同时岀现相邻两点间的压力差，这样有效地解决了速度与压力存放在同一套网格上时会出现的棋盘式不合理压力场的问题，促使了求解Navier-Stokes方程的原始变量法(即以速度、压力为求解变量的方法)的发展。(2)对流项差分迎风

2、格式的再次确认。初期的发展过程屮所遇到的另一困难是，对流项采用中心差分时，对流速较高的情况的计算会得出振荡的解。虽然早在1952年，Court,Issacson和Rees三人已经在数值求解双曲型微分方程中引入了迎风差分的思想，但迎风差分对克服振荡解的应用并未得到重视。1966年，Gentry,Martin及Daly三人，以及Barakat和Clark等，各自撰文介绍了迎风格式在求解可压缩流及非稳态层流流动中的应用。交错网格的提出及对流项迎风差分的采用，使流动与对流换热的求解建立在一个比较健壮的数值方法基础上。(3)世界上第一本介绍计算流体及计算传热学的杂志一uJ

3、ournalofComputationalPhysics于1966年创刊。Gentry等关于确认迎风差分的论文就发表在该刊第一卷第一期上。(4)Patankar与Spalding于1967年发表了求解抛物型流动的P-S方法。在计算流体力学与计算传热学发展的早期，由于受到计算机资源的限制，边界层类型问题的数值计算得到较多的关注。在边界层类型问题的数值计算中，如何把有限个节点数目都充分利用起来是一个重要的问题。在P・S方法中，把x・y平面上的计算区域(边界层)转换到x・w平面上(w为无量纲流函数)，从而无论在边界层的起始段还是在其后的发展段，所设置的计算节点均可落在

4、边界层范围内。(5)1969年Spalding在英国帝国理工学院创建了CHAM,旨在把他们研究组的成果推广应用到工业界。在30年前就重视CFD/NHT研究成果向工业应用转化，确实是种远见卓识的创举。同年，Gosman等五人所著uHeatTransferinReciranlatingFlows”一书出版。这是世界上第一本CFD/NHT的专著(采用涡量一流函数法)。(6)1972年SIMPLE算法问世。在求解不可压缩流体的流动问题时，如果对所形成的包含速度分量及压力的代数方程仍采用直接求解的方法，则就可以同吋得出速度与压力的解。但这样的求解方法，不仅在CFD/NHT

5、发展初期的计算机工业水平不能满足，即使在今天，这种方法也尚未得到广泛采用。于是所谓分离式的求解方法就应运而生，即先求解有关一个速度分量如Ui,j,k的方程，而把Vi,j,k，Wi.j.k及Pi,j.k作为常熟，而再逐一求解其它变量。于是就产生了这样的问题：压力Pi.j'k是以源项的形式出现在动量方程中的，如何去求解压力，或者说如何利用连续性方程去改进所假定的压力值，这就是所谓速度与压力的耦合问题。SIMPLE算法成功地解决了这一个问题。SIMPLE算法的一个基木思想是，在流场迭代求解的任何一个层次上，速度场都必须满足质量守恒方程，这一思想被以后的人量数值计算实例

6、证明，是保证流场迭代计算收敛的一个十分重要的原则。（7）1974年美国学者Thompson,Thames及Mastin提出了采用微分方程来生成适体坐标的方法（TTM方法）。早在50年代，在结构力学中逐渐发展起来了有限元法。由于它对不规则区域有很强的适应性而显出了其活力。有限差分法与有限容积法则对复杂计算区域的适应能力很差，但对于流动问题的数值处理则要比有限元法容易得多。TTM方法的提出，为有限差分法与有限容积法处理不规则边界问题提供了一条崭新的道路一一通过变换把物理平面上的不规则区域（二维问题）变换到计算平面上的规则区域，从而在计算平面上完成计算，再将结果传递到

7、物理平面上。由于不规则计算区域的处理对于将CFD/NHT技术应用到实际工程问题具有重要的意义，因而在TTM方法提出后，逐渐地在CFD/NHT领域中形成了“网格生成技术”这一分支，并成为目前世界上很活跃的研究方向。每隔2〜3年，世界上要举行一次专门会议（ConferenceonNumericalGridGenerationinCFDandRelatedFields）o初创时期以TTM方法的提出为结朿的标志。从此CFD/NHT的发展成果已为向工程实际的应用推广创造了基本的条件。二、开始走向工业应用阶段（1975—1984）1977年由Spalding及其学生开发的G

8、ENMIX程序公开发行。