[发明专利]一种三维接触传热的计算方法

说明书

本发明提供一种三维接触传热的计算方法，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；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；计算两个多面体实体单元间的接触热流量；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；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；循环上述步骤，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。本发明提出的技术方案的有益效果是：能够对连续‑非连续介质或颗粒介质间的接触传热进行计算。

技术领域

本发明涉及三维热传导技术领域，尤其涉及一种三维接触传热的计算方法。

背景技术

连续-非连续介质或颗粒介质问题涉及土木工程、岩土工程、地质工程、矿业、制药、化工、农业等工程应用问题。随着计算机硬件的发展及计算仿真技术的发展，采用数值模拟方法逐渐成为颗粒介质或连续-非连续介质接触传热分析计算的有力工具。目前，求解接触传热问题的主要计算方法是离散元方法。离散元法在求解三维接触传热时，主要采用圆球来表示颗粒介质，即便对于具有复杂形状的颗粒，也是将其用圆球或者圆球的组合来表示，这样颗粒介质的三维接触传热，最终转化为两个圆球之前的接触传热。虽然，该方法具有计算效率高的优点，但无法很好地表征颗粒的形状，计算精度相对较低。因此，现有方法在计算三维接触传热方面仍然存在很多问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种三维接触传热的计算方法，能够对连续-非连续介质或颗粒介质间的接触传热进行计算。

本发明的实施例提供一种三维接触传热的计算方法，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。

进一步地，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；