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专利号: 2018111163405
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于,包括如下步骤:

S1:通过网格划分将连续-非连续介质划分为若干个多面体实体单元,将位于所述连续-非连续介质中非连续面处的所述实体单元的公共面标记为断裂面,将位于所述连续-非连续介质中连续面处的所述实体单元的公共面标记为非断裂面;

S2:根据所述实体单元内节点之间的热量传递计算每一所述实体单元内的每一节点的热流量;

S3:相邻所述实体单元之间通过所述实体单元间的公共面发生热量传递,根据所述实体单元间的热量传递计算公共面为非断裂面的所述实体单元间的每一节点的热流量和计算公共面为断裂面的所述实体单元间的每一节点的热流量;其中:公共面为断裂面的两所述实体单元间通过公共面的交换的热量Q3为:式中,a、b为具有公共面的两个所述实体单元;Ta1、Ta2、…、TaN为落在所述实体单元a的公共面上的各节点的温度,Tb1、Tb2、…、TbN为落在所述实体单元b的公共面上的各节点的温度;N为公共面的棱边数,S为公共面的面积;hj为所述实体单元a与所述实体单元b之间的换热系数;rT为断裂节理单元热传导的折减系数,rT取0-1之间的值,取0表示完全隔热,取1表示断裂面的存在对传热不产生任何影响; 为从所述实体单元a传递至所述实体单元b的热量分配到所述实体单元b上的第N个节点的热流量;

S4:根据所述实体单元内每一节点的热流量和所述实体单元间的每一节点的热流量计算每一节点总的热流量,根据有限差分积分策略,利用每一节点的总热流量更新每一节点的温度,用每一所述实体单元中的各个节点的温度来表示该实体单元的温度分布,完成整个所述连续-非连续介质的热传导的三维数值模拟。

2.如权利要求1所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:S2包括,S2.1:根据高斯散度定理,求得所述实体单元内的温度梯度 温度梯度 为:

V是所述实体单元的体积,ni(l)是节点ni所对之面l的外法向单位向量,Tl是节点ni的温度,S(l)是面l的面积,T为所述实体单位内任一点的温度,xi为节点ni的X轴坐标,i﹥3,为节点号;

S2.2:根据热传导傅里叶定律,通过温度梯度 得到流入各个节点的热流速qj:

热流速qj在x,y,z方向的热流速分量分别为qx,qy和qz,节点ni沿x,y,z方向的热流速分别为qx,qy和qz,j取值1、2、3,分别代表x,y,z方向,kij为所述实体单元内的热传导系数,是常量;

S2.3:根据S2.1和S2.2,单位时间内流入节点ni的热流量为:

3.如权利要求2所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:S3中,公共面为非断裂面的两所述实体单元间通过公共面的交换的热量为:a、b为具有公共面的两个所述实体单元,Ta1、Ta2、…、TaN为落在所述实体单元a的公共面上的各节点的温度,Tb1、Tb2、…、TbN为落在所述实体单元b的公共面上的各节点的温度,N为公共面的棱边数,S为公共面的面积,hj为所述实体单元a与所述实体单元b之间的换热系数, 为从所述实体单元a传递至所述实体单元b的热量分配到所述实体单元b上的第N个节点的热流量。

4.如权利要求3所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:S3中,k为所述实体单元的热传导系数,Le为单元尺寸。

5.如权利要求1所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:S4中,每一节点总的热流量为:

6.如权利要求5所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:S4中,根据有限差分积分策略,节点的温度可按照下式进行更新:其中Tt+Δt是节点在下一个时间步的温度,Tt是节点在当前时间步的温度,Δt是时间步长,Cp是比热容,M是节点的质量。

7.如权利要求1所述的连续-非连续介质热传导的三维数值模拟方法,其特征在于:对在模拟的过程中所述连续-非连续介质中连续的部分中新产生的断裂面,则将公共面为新产生的断裂面的所述实体单元间的换热系数乘以折减系数,来计算公共面为新产生的断裂面的所述实体单元间热量传递。