(1)专用服装材料的某些参数值由附件1给出,对环境温度为75ºC、II层厚度为6 mm、IV层厚度为5 mm、工作时间为90分钟的情形开展实验,测量得到假人皮肤外侧的温度(见附件2)。建立数学模型,计算温度分布,并生成温度分布的Excel文件(文件名为problem1.xlsx)。
时间: 2024-03-08 12:45:06 浏览: 171
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首先,根据题目要求,我们需要建立一个数学模型来计算温度分布。这里我们可以采用热传导方程来描述温度变化:
$$\frac{\partial T}{\partial t}=\alpha \nabla^2 T$$
其中,$T$为温度分布,$\alpha$为热扩散系数,$\nabla^2$为拉普拉斯算子。
根据题目提供的参数,我们可以得到:
- 环境温度 $T_e=75^\circ C$
- II层厚度 $d_2=6mm$
- IV层厚度 $d_4=5mm$
- 工作时间 $t=90min$
考虑到假人皮肤为多层结构,我们需要将其分层计算。假设假人皮肤共有$n$层,第$i$层的厚度为$d_i$,热扩散系数为$\alpha_i$,则温度分布$T$可以表示为:
$$T(x,t)=\sum_{i=1}^n T_i(x,t)$$
其中$T_i$为第$i$层的温度分布。
我们假设假人皮肤是一个长方体,其宽度和高度分别为$w$和$h$,长度为$L$。考虑到热传导方程是一个偏微分方程,我们需要将其离散化,使用数值方法求解。这里我们采用有限差分法进行离散化。具体来说,我们将长方体划分成一系列小立方体,将每个小立方体的体积看作一个节点,建立节点之间的连接关系,然后根据热传导方程在每个节点处进行计算,更新节点的温度分布。最后得到整个假人皮肤的温度分布。
根据题目要求,我们需要将温度分布输出为Excel文件。这里我们可以使用Python中的pandas库来生成Excel文件。具体来说,我们可以将温度分布保存为一个DataFrame对象,然后使用to_excel方法将其输出为Excel文件。
附上Python代码:
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