Учебное пособие дополняет курс "Тепломассообмен" численными методами решения задач нестационарной теплопроводности и конвективного -теплообмена. Из большого многообразия численных методов в пособии изложены метод стрельбы, метод прогонки и метод переменных направлений; на основе теории С.Патанкара предложен подход к решению сложных задач теплообмена. Для задачу нестационарной теплопроводности и конвективного теплообмена составлены алгоритмы и блок-схемы поиска их решений с помощью ЭВМ.
Материалы пособия достаточны не только для изучения основ решения задач теплообмена численными методами, но и для самостоятельной работы студентов по составлению учебных программ при выполнении курсовых и дипломных проектов и научных программ при выполнении работ, по НИРС. Учебное пособие должно представлять интерес для инженеров, аспирантов и слушателей ШШ, специализирующихся в области тепломассообмена и динамики жидкости.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие ведущих отраслей народного хозяйства нашей страны, включая энергетику, машиностроение, ракетостроение, авиацию, электронику и т.д., неразрывно связано с решением задач тепломассообмена и динамики жидкости. Несмотря на значительные успехи советских и зарубежных ученых, аналитические решения получены лишь для простых задач. Использование аналитических методов для построения решений множества СЛОЕНЫХ, практически важных задач теплообмена и динамики жидкости сопровождается введением большого числа допущений и, как следствие, понижением точности решений.
Решение сложных, практически'важных задач теплообмена и • динамики жидкости даже при введении множества обоснованных и необоснованных допущений получить о достаточной точностью аналитическими методами не,удалось.
Бурное развитие ракетной техники, авиации и атомной энергетики привело к развитию численных методов решения задач теплообмена и динамики жидкости. Внедрению численных методов в практику работы научно-исследовательских и проектно-конструктор-ских организаций способствовало интенсивное развитие электронно-вычислительных машин, разработка их математического обеспечения и совершенствование языка программирования.
Развитие численных методов решения задач тепломассообмена и динамики жидкости, языков программирования и ЭВМ привело к качественному скачку в проведении научно-исследовательских и провктно-конструкторских работ.
В настоящее время разработанные численные методы позволяют на отечественных ЭВМ проводить детальные многопараматрические исследования процессов тепломассообмена и динамики жидкости с высокой точностью. Во многих случаях отпала необходимость проведения физических экспериментов - их заменил численный эксперимент, позволяющий осуществить математическое моделирование процессов тепломассообмена и динамики жидкости для исследуемых условий.
Высокий уровень точности решений, получаемых о помощью численных методов, позволяет с помощью ЭВМ осуществлять поиск оптимальных проектных и эксплуатационных параметров вновь раз-
рабатываемых систем, машин и агрегатов.
Качественные изменения в работе научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций потребовали качественной перестройки в подготовке специалистов, связанных с решением задач теплообмена и динамики газа. Одно из направлений такой качественной перестройки в подготовке специалистов является введение раздела "Решения задач теплообмена с помощью ЭВМ" курс "Тепломассообмен".
Новый раздал является связукцим мзвду курсами "Тепломассообмен", "Механика жидкостей и газов" и курсом "Основы программирования". Он содержит краткой изложение численных методов решения уравнений математической физики, адекватно воспроизводящих физические процеоды тепломассообмена и динамики- жидкости. Математическая модчль процесса в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных в разделе "Решения задач теплообмена с помощью ЭВМ" является исходной для нахождения дискретных аналогов дифференциальных уравнений. Численные метода позволяют определить вычислительные алгоритмы для нахождения искомых функций, т.е. полей температур, концентраций, скоростей и давления в интересующей области, потоков тепла, массы и напряжения трения на границах области.
Раздел "Решения задач теплообмена с помощью ЗШ"дополняют содержание курса "Численные методы" изложением численных методов решения уравнений в частных производных, описывающих процессы тепломассообмена и динамики жидкости. Целесообразность включения этого раздела в т'7рс "Тепломассообмен" определяется спецификой численных методов решения задач тепломассообмена и динамики жидкости.
ОГЛАШНИЕ ВВЕДЕНИЕ...................... 3
1. УРАШШЙЕ ТИШСШССООЙША И ДЖАМШГ ЩШОСТИ ... 5
2. ЧИСШНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ КОНВЕКТИВНОГО ТШООЖЕНА ЯРИ ОБТЕКАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОДНОРОДНЫМ ПОТОКОМ ГАЗА............... II
2.1. Численный метод стрельбы для поиска автомодельных решений............. 14
2.2. Численный метод стрельбы для решения
задач конвективного теплообмена........ 30
2.3. Численный метод прогонки для решения
задач конвективного теплообмена. ....... 44
з. чжтаныв МЕТОДЫ РЗДЗШ УРАВНЕНИЙ тшдшроводноста.................. 5?
3.1. Теоремы С.Паташшра.............. 57
3.2. Дискретные аналоги для двух- и трехмерных нестационарных задач теплопроводности. .... 65
3.3. Решение уравнений дискретньж аналогов. .... 70 4, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СЛ02Ш1 ЗАДАЧ
коизжгашого ТЯШООЕША НА БАЗЕ лавнжий
НАВЬВ-СТОКСА................... 9Г
4.1. Схема против потока............. 92
4.2. Схема с экспоненциальной аппроксимацией
искомых функций...........".... 95
4.3. Дискретный аналог для двухмерных неустановившихся задач............ 99
4.4. Дискретный аналог для трехмерных
' неустановившихся задач............. 104
4.5. Алгоритм решения сложных задач ........ 107
4.6. Блок-схема решения сложных задач конвективного теплообмена .... ....... 126
ЛЙТЕРАТт.....................132
Цена: 100руб.
