熱流過程的數學模型和數值模擬

內容概要

　　描述自然界和工業(yè)過程熱流現象的基本理論主要是流動理論、湍流理論、多相流理論、傳熱理論和燃燒理論。本書主要集中于數學模型上，注重熱物理現象的數學描述。本書分兩個部分，第一部分是流動、湍流、兩相流、傳熱燃燒的基本數學模型，第二部分是以外加場作用下復雜熱物理問題的數學模型和數值模擬，如流場和聲場耦合、特殊材料下熱流過程、復雜化學反應過程等。本書對可吸入顆粒聲波脫除、汽車尾氣余熱利用、聲波制冷壓縮機、多孔介質燃燒等問題進行了細致的研究。
　　《熱流過程的數學模型和數值模擬》可供從事流體力學、應用數學、工程熱物理、熱能工程、化學工程、核能工程、航空工程、水利工程等工作的科研和工程技術人員及高等院校有關專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第一部分　基本模型
　第1章　黏性不可壓縮流體的數學模型
　　1.1　幾個基本公式
　　1.2　流動的基本方程組
　　1.3　黏性不可壓縮流體繞圓球運動模型
　　1.4　黏性不可壓縮流體邊界層方程
　第2章　湍流流動的標準k-ε模型
　　2.1　湍流運動的基本方程
　　2.2　k方程
　　2.3　ε方程
　　2.4　標準k-ε模型的通用形式
　　2.5　初始條件和邊界條件
　第3章　氣體湍流燃燒模型
　　3.1　能量輸運方程
　　3.2　化學反應組分平衡方程和能量輸運方程
　　3.3　湍流中的組分平均方程和能量平均方程
　　3.4　湍流擴散燃燒模型(k-ε-g模型)
　　3.5　湍流預混火焰燃燒速率模型(旋渦破碎ebu模型)
　　3.6　湍流燃燒關聯矩
　第4章　兩相流顆粒軌道模型
　　4.1　單顆粒拉格朗日運動方程
　　4.2　兩相耦合求解問題
　　4.3　顆粒模型中湍流脈動速度的處理
　　4.4　顆粒特性和顆粒源項的統(tǒng)計方法
　　4.5　網格時間確定問題
　　參考文獻
　第5章　兩相流pdf模型
第二部分 多場復雜模型
　第6章　重整化群強旋轉代數應力模型
　第7章　多孔介質熱電材料傳熱模型及數值模擬
　第8章　多孔介質燃燒的數學模型及數值模擬
　第9章　室內顆粒污染物數學模型及其數值模擬
　第10章　聲波團聚數學模型及其數值模擬
　第11章　rijke管中的熱聲現象的數值模擬研究
　第12章　聲波制冷過程的數值模擬
　附錄　曲線坐標系中場

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   第7章 多孔介質熱電材料傳熱模型及數值模擬 7．1 汽車尾氣熱電材料多孔介質發(fā)電的綜述 汽車是人們生活中一個不可缺少的工具，其能耗也比較大。汽車尾氣排出的余熱占汽車發(fā)動機產生的能量比例大約為30％～40%，汽車尾氣的溫度也比較高，怠速時汽車排氣管出口溫度為450℃左右，等速時出口溫度在500℃～600℃，高負荷運轉的情況下可以達到750℃左右。根據熱電效應，可以利用汽車尾氣排氣管內的余熱進行發(fā)電，從而使尾氣余熱轉化為電能。 溫差發(fā)電就是利用特殊的材料將溫差能轉化為電能，這種特殊的材料叫做熱電材料，熱電轉換材料具有三個基本效應：Seebeck效應（熱電第一效應），Pehier效應（熱電第二效應），Thomson效應（熱點第三效應）。熱電效應是熱和電之間傳輸的耦合效應，基于這種觀點，熱電能量轉換可以通過熱電裝置來實現。利用熱電材料的Seebeck效應由熱能發(fā)電，相反，利用材料的Pelier效應實現熱電制冷。 溫差電材料的研究開始于20世紀50年代，比較成熟的熱電材料是Bi2Te3／Sb2Te3、PbTe、SiGe，BiSb、B—FeSi2等。Bi2Te3／Sb2Te3適用于室溫附近，一般在200℃以下，在半導體制冷器件方面有廣泛的應用。PbTe適用于400K～800K，在600K～700K溫區(qū)，主要用于溫差電源。SiGe適用于700K以上的高溫，是當前主要使用的高溫熱電材料。β—FeSi2半導體作為一種熱電材料，是目前熱電材料的研究熱點之一，其原料豐富，價格低，在高溫下抗氧化性好，化學性能穩(wěn)定而受到人們普遍關注。 從能量轉換效率來看，溫差電的發(fā)電效率遠遠低于傳統(tǒng)的發(fā)電效率。但是其擁有無傳動部件、零噪聲、易于小型化、穩(wěn)定性能好、耐久使用等優(yōu)點，在很多不是以能量轉換效率為主要因素的應用場合，溫差電器件是不可取代。如今，溫差電在許多領域都有廣泛的應用。 一般情況下，汽車的結構緊湊，排氣量小，發(fā)動機余熱的回收相對于大型工業(yè)設備余熱回收難度很大。燃油中60％左右的能量沒有得到利用，其中一部分以余熱的形式排放到大氣中，造成了巨大的經濟損失和嚴重的環(huán)境污染。20世紀70年代以來，一些國外學者提出了采用溫差發(fā)電器件（Thermoelectric—Generator，TEG）來解決上述問題。由于溫差發(fā)電機完全沒有轉動部件，因此可靠性很好，穩(wěn)定性高，使用壽命長。

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《熱流過程的數學模型和數值模擬》可供從事流體力學、應用數學、工程熱物理、熱能工程、化學工程、核能工程、航空工程、水利工程等工作的科研和工程技術人員及高等院校有關專業(yè)的師生參考。

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