[发明专利]一种三维接触传热的计算方法

权利要求书

1.一种三维接触传热的计算方法，其特征在于，包括：

S1通过网格划分将颗粒介质或连续-非连续介质划分为若干个多面体实体单元，使相互接触的颗粒介质或连续-非连续介质之间的接触传热转化为相互接触的多面体实体单元间的接触传热；

S2根据相互接触的两个多面体实体单元的节点坐标，确定两个多面体实体单元的重叠区域；

S3计算两个多面体实体单元间的接触热流量，两个多面体实体单元间的接触热流量等于通过重叠区域的外边界面的热流量之和；

S4根据两个多面体实体单元间的接触热流量，利用插值形函数，得到各多面体实体单元的节点的热流量；

S5结合颗粒介质内部或连续介质内部热传导的计算方法，得到多面体实体单元中各个节点温度；

S6循环步骤S1-S5，即可实现接触颗粒介质或连续-非连续介质三维接触传热的模拟。

2.如权利要求1所述的三维接触传热的计算方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31将接触的两个多面体实体单元记为主动单元和被动单元，主动单元外边界面与被动单元内部相交的部分记为主动外边界面Sc，被动单元外边界面与主动单元内部相交的部分记为被动外边界面St；

S32被动单元通过主动外边界面流入主动单元的热流量的表达式为：

式中，Ps_c为主动外边界面内的任意一点，Tt(Ps_c)为点Ps_c在被动单元内的温度，Tc(Ps_c)为点Ps_c在主动单元内的温度，h_c为接触热传导系数；

主动单元通过被动外边界面流入被动单元的热流量的表达式为：

式中，Ps_t为被动外边界面内的任意一点，Tc(Ps_t)为点Ps_t在主动单元内的温度，Tt(Ps_t)为点Ps_t在被动单元内的温度，h_c为接触热传导系数；

S33被动单元流入主动单元总的接触热流量的表达式为：

式中，为两个多面体实体单元重叠区域的外边界面；

则，

式中，h_c为接触热传导系数，T_t为重叠区域的外边界面上任意一点在被动单元内的温度，T_c为重叠区域的外边界面上任意一点在主动单元内的温度。

3.如权利要求2所述的三维接触传热的计算方法，其特征在于，将主动外边界面记为多边形B，则被动单元通过多边形B传递到主动单元上的热量的表达式为：

式中，h_c为接触热传导系数，Ps_B为多边形B内的任意一点，S_B为多边形B的面积；

根据多面体实体单元内的温度服从线性分布，则被动单元通过多边形B传递到主动单元上的热量的表达式为：

式中，S_B为多边形B的面积，n_B为多边形B顶点的数量，ΔT(Bi)为多边形B的顶点Bi处被动单元与主动单元的温度差。

4.如权利要求3所述的三维接触传热的计算方法，其特征在于，步骤S4包括：

S41将多边形B划分为多个三角形，根据多边形B的面积，得到各三角形热流量的作用点，从而得到多边形B区域热流量的作用点；

S42根据多边形B区域热流量的作用点，得到作用点在主动单元和被动单元内的插值形函数Ni；

S43主动单元的各个节点分配的热流量为Qc_i＝N_iQs，N_i为作用点在主动单元内的插值形函数，Qs为主动外边界面上的热流量；

被动单元的各个节点分配的热流量为Qc_j＝-N_jQs，N_j为作用点在被动单元内的插值形函数，Qs为主动外边界面上的热流量；

S44采用上述方法，计算主动单元的其他外边界面与其他被动单元接触面上的热流量，并将热流量分配到主动单元和被动单元的相应节点，最终得到各个节点的总的接触传热。