摘要冰水相变的现象与我们的生活息息相关。在传热学中，结冰和融冰是伴随有相伴的 热传导问题。对于冰水相变的数值计算在数值传热学中已经成为一个热门的研究课题。 本次研究对结构化网格下冰水相变过程进行数值模拟。主要研究内容是基于结构化网格 来解决非定常热传导问题，采用移动热源法，对非稳态项进行全隐格式的离散，分别给 出冰水相变传热过程从一维到三维的算例。同时用 FORTRAN 编写计算程序，与冰水相变 传热算例得出的数值进行比较验证程序的正确性与可靠性。 79983

毕业论文关键词 相变传热，非稳态导热，FORTRAN

毕 业 设 计 说 明 书 外 文 摘 要

Title  Numerical study of phase change problems between  ice and water                         

Abstract The phenomenon of phase change between water and ice is closely related  to our life。In heat transfer, the freezing and melting is a heat conduction problem including phase change。Numerical calculation for phase change r has become a hot research topic in the numerical heat transfe。 

The research is numerical simulationon for phase change processe which is under the structured grid 。The main content is presented to solve unsteady heat conduction problem based on the structured grid。It used the moving heat source method to calculate three examples from one dimension to the three dimensional。At the same time, it written a calculation program in  FORTRAN, and compared two results。 

Keywords  phase change  unsteady heat transfer FORTRAN 

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目 次

1   引言1 

1。1  研究背景  1 

1。2  相变传热问题的主要研究方法  1 

2   相变传热的基本理论及数学模型 3 

2。1  相变传热问题的数学模型  3 

2。2   相变传热的边界条件4   

3   非 稳 态 热 传 导 方 程 的 数 值 解 法                   8 

3。1   有限容积法8 

3。2   内外节点法的比较8 

3。3   非稳态导热方程在结构化网格中的离散9 

3。4   初始条件和边界条件13 

3。5  界面上当量导热系数的计算方法13 

3。6  边界条件的处理15 

4  计算程序的结构 19 

5   冰水相变热传导算例21 

5。1   移动热源法 21 

5。2   一维冰水相变传热算例21 

5。3  二维冰水相变传热算例31 

5。4 三维冰水相 变传热算例   3 3 结论  37 致谢  38 参考文献 3 9 

1 引言

1。1 研究背景

冰水相变存在于很多自然现象和工程领域中，如：极地冰块的融化、食品的冷藏冷冻、 江河湖海的冰封与解冻、冰蓄冷技术中的蓄冰融冰等等。 

1891 年，科学家 J,Stefan 对极地冰层的融化进行了研究，并在研究中讨论了结冰与融 冰这一课题，从此以后人们对这一问题展开了研究：结冰与融冰的原理、外部环境对于结冰 融冰的影响、过程中相变界面的移动规律等等[1]。论文网

1。2 相变传热问题的主要研究方法

分析法、实验法、数值法是相变传热问题的三种主要计算方法。分析法是按傅里叶方程 求解，得出的解是确切解，但是局限性大。对于比较复杂的几何对象、边界条件是非线性的 导热问题，分析解是不适用的。相变传热问题是非线性问题，通常只近似方法或数值方法来 解决，实验方法是解决传热的基本方法,通过实验获得的结果相对准确,但适应不好,为特定的 问题需要出现的新实验，数值法很大程度上弥补了分析法和实验法的缺陷，对于复杂问题更 显其优越性[2]。