Патанкар С.В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах

Пер. с англ. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 312 с., ISBN 5-7046-0898-1. Эта книга посвящена численному анализу процессов теплопроводности и переноса тепла при полностью развитых течениях в каналах, а также процессов, аналогичных в смысле математического описания, таких, например, как фильтрация жидкости в пористых средах, потенциальные течения и др. В книге приводятся описание многоцелевой компьютерной программы CONDUCT, возможности которой демонстрируются на пятнадцати примерах решения различных прикладных задач, приводятся фортрановские тексты ядра программы CONDUCT, а также тексты адаптируемых модулей для каждого из рассмотренных примеров. Книга предназначена для аспирантов и студентов старших курсов технических университетов, может быть также полезна для инженеров и научных сотрудников. Оглавление
Предисловие редактора перевода
Предисловие автора
Основные обозначения
Краткий обзор
Основные положения
Возможности и ограничения программы CONDUCT
Структура программы CONDUCT
Структура книги
Введение в численные методы
Концепция численного решения
Получение дискретных аналогов
Показательный пример
Стационарная одномерная теплопроводность
Дискретный аналог
Представление источникового члена
Граничные условия
Решение системы алгебраических уравнений
Типовая задача
Дальнейшие усовершенствования
Построение сетки
Переменная теплопроводность
Нелинейность
Линеаризация источникового члена
Линеаризация граничных условий
Релаксации
Построение контрольных объемов
Нестационарная теплопроводность
Задачи
Обобщенная математическая постановка задачи
Уравнение теплопроводности
Обобщенное дифференциальное уравнение
Граничные условия
Безразмерные переменные
Структура вычислительной программы
Общая схема
Подпрограммы неизменяемой части
Подпрограммы адаптируемой части
Численная схема и ее реализация
Расчетная сетка и контрольные объемы
Величины, связанные с гранями контрольных объемов
Обобщенное дискретное уравнение
Соответствующие имена на языке ФОРТРАН
Представление граничных условий
Первый порядок аппроксимации
Аппроксимация более высокого порядка
Индикаторы граничных условий
Случай КВС = 1
Случай КВС = 2
Вычисление плотности потока па границе
Решение системы алгебраических уравнений
Нелинейность и релаксации
Относительные зависимые переменные
Неизменяемая часть вычислительной программы
Важные имена на языке ФОРТРАН
Подпрограмма MAIN
Подпрограмма DEFRD
Подпрограмма HEART
Подпрограмма SOLVE
Подпрограмма TOOLS
Подпрограмма VALUES
Адаптируемая часть вычислительной программы
Структура подпрограммы ADAPT
Объявление переменных
Процедура GRID
Процедура BEGIN
Процедура OUTPUT
Процедура PHI
Представление областей сложной геометрической формы
Основная концепция
Постановка различных граничных условий
Заключительные комментарии и напоминания
Рекомендации по начальной работе с программой
Введение в примеры
Примеры применения программы CONDUCT для решения задач теплопроводности
Стационарная теплопроводность при наличии внутренних источников тепла (пример 1)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Стационарная теплопроводность при смешанных граничных условиях (пример 2)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Стационарная теплопроводность в области с вырезами (пример 3)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Теплопроводность в области сложной геометрической формы (пример 4)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Нестационарная теплопроводность при наличии внутренних источников тепла (пример 5)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Нестационарная теплопроводность в грунте вблизи фундамента здания (пример 6)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Задачи
Течение и теплоперенос в каналах
Общие характеристики течения в каналах
Начальный участок и полностью развитое течение
Математическая постановка задачи определения поля скорости
Основные уравнения
Безразмерная форма
Интегральные характеристики течения
Полностью развитый теплообмен
Математическая постановка задачи определения поля температуры
Дифференциальное уравнение
Некоторые полезные определения
Постоянная локальная плотность теплового потока
Постоянная линейная плотность теплового потока вдоль канала при постоянной температуре стенок
Постоянная температура по периметру и длине канала
Постоянный внешний коэффициент теплоотдачи
Более сложные граничные условия
Введение в примеры задач о течении в каналах
Заключительные замечания
Примеры применения программы CONDUCT для решения задач о течениях и теплопереносе в каналах
Канал прямоугольного сечения с подогревом на стенке (пример 7)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Круглая труба с радиальными ребрами (пример 8)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Кольцевой канал с перегородками (пример 9)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Массив ребер (пример 10)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Задачи
Дополнительные примеры применения программы CONDUCT
Неньютоновское течение в полукруглом канале (пример 11)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Течение в канале жидкости с вязкостью, зависящей от температуры (пример 12)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Турбулентное течение в канале квадратного сечения (пример 13)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Потенциальное обтекание препятствия (пример 14)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Просачивание воды под дамбой (пример 15)
Постановка задачи
Построение подпрограммы ADAPT
Дополнительные имена на ФОРТРАНе
Листинг подпрограммы ADAPT
Результаты расчетов
Обсуждение результатов
Заключительные замечания
Задачи
Заключительные замечания
Численный метод
Вычислительная программа
Применение программы
Дальнейшее расширение возможностей программы CONDUCT
Заключительные рекомендации по использованию программы CONDUCT
Приложение: Листинг неизменяемой части программы CONDUCT
Приложение: Список имен на ФОРТРАНе
Приложение: Значения переменных, задаваемых по умолчанию
Приложение: Памятка по построению подпрограммы ADAPT
Список литературы