数值求解圆管内对流换热系数的方法

"圆管内部流体对流换热系数求解——韩雯雯，卢涛，北京化工大学机电工程学院" 在热力学和流体力学领域，对流换热系数是一个关键参数，它描述了流体与固体表面之间的热量传递效率。在圆管内流动的流体，其对流换热系数对于传热分析、设备设计和过程控制至关重要。这篇由韩雯雯和卢涛发表的论文聚焦于瞬态导热反问题中圆管内部流体对流换热系数的数值求解方法。 文章提出的方法基于瞬态导热问题，这是一种涉及时间变化的热传递现象，通常发生在快速加热或冷却过程中。反问题则是在已知输入和输出条件下，求解未知参数，此处即为对流换热系数。为了实现这一目标，研究者开发了一套计算公式，用于计算对流换热的敏感性，并采用了共轭梯度法进行求解。共轭梯度法是一种优化算法，常用于求解线性系统的最小二乘问题，能有效处理大型稀疏矩阵，适用于此场景的数值模拟。 论文通过建立圆管内的流体流动模型，利用有限元方法进行离散化，将连续问题转化为离散方程组。有限元方法允许将复杂几何形状和边界条件灵活地转化为易于求解的形式，从而求解圆管内的温度分布和对流换热系数。 通过典型算例的数值计算，该方法的准确性和对噪声的鲁棒性得到了验证。这意味着即使在数据存在不确定性或噪声的情况下，该方法也能提供可靠的结果。关键词“工程热物理”表明这涉及到实际工程应用中的热传递现象，“瞬态导热”强调了时间因素的重要性，“有限元”和“共轭梯度法”揭示了解决问题的技术手段，而“对流换热系数”是研究的核心。 这篇论文为解决圆管内部流体对流换热系数的识别提供了新的数值方法，对于理解和改进工业过程中的传热效率具有重要意义。这一工作可能对能源转换、化工、制冷、空调等领域的工程师和研究人员具有实践指导价值。