计算机在材料科学中的应用
课程设计
材料0707班 组长：赵宇 组员：杨林波 阴晓宁 王昆 陈晓辉 周琦
2011/5/27
计算机在材料科学中的应用课程设计
目录
一、课程设计及团队介绍 ........................................................................................... 2 二、课程设计内容 ....................................................................................................... 3
模型1：蒸汽管道保温层的稳态温度场.............................................................. 3
1、建立模型.................................................................................................................. 3 2、边界条件.................................................................................................................. 3 3、差分方程.................................................................................................................. 4 模型2：台式电脑CPU散热片的二维稳态温度场.............................................. 4
1、建立模型.................................................................................................................. 4 2、热传导方程 ............................................................................................................. 5 3、边界条件.................................................................................................................. 5 4、初始条件.................................................................................................................. 6 5、差分方程.................................................................................................................. 6 模型3：无限大钢板淬火冷却过程一维非稳定温度场...................................... 7
1．建立模型.................................................................................................................. 7 2. 热传导方程 ............................................................................................................. 8 3．边界条件.................................................................................................................. 8 4．初始条件.................................................................................................................. 8 5．差分方程.................................................................................................................. 9 模型4：平板焊接过程的二维温度场................................................................ 11
1、建立模型................................................................................................................ 11 2、边界条件................................................................................................................ 12 3、初始条件................................................................................................................ 12 4、差分方程................................................................................................................ 13 模型5：立方体钢锭三维非稳定温度场............................................................ 14
1、建立模型................................................................................................................ 14 2、边界条件................................................................................................................ 14 3、初始条件................................................................................................................ 15 4、差分方程................................................................................................................ 15 模型6：T型钢淬火............................................................................................. 18
1、模型建立................................................................................................................ 18 2、边界条件................................................................................................................ 19 3、初始条件................................................................................................................ 19 4、差分方程................................................................................................................ 20 5、C语言源程序。（略） ........................................................................................ 21 6、数据处理................................................................................................................ 21
三、课程总结与感想 ................................................................................................. 25
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一、 课程设计及团队介绍
我们小组共有6人，包括组长赵宇，组员杨林波、阴晓宁、王昆、陈晓辉、周琦。经过组员的共同努力，我们顺利的完成了本次作业。我们的作业内容包括，6个实际问题的模型建立与差分方程推导，以及T型钢淬火模型的编程计算与数据处理等。
以下是我们小组各组员的任务完成情况： 模型一 模型二 名称 蒸汽管道保温层的稳态温度场 台式电脑CPU散热片的二维稳态温度场 无限大钢板淬火冷却过程一维非稳定温度场 平板焊接过程的二维温度场 立方体钢锭三维非稳定温度场 T型钢淬火 类型 一维稳态传热 二维稳态传热 负责人 赵宇 阴晓宁 复查人 赵宇 赵宇 模型三 一维非稳态传热 陈晓辉 赵宇 模型四 模型五 模型六 二维非稳态传热 王昆 三维非稳态传热 杨林波 赵宇 赵宇 二维非稳态传热 建立模型：赵宇、赵宇、杨林波、杨林波、阴晓宁 阴晓宁 推导方程：赵宇、杨林波 编程计算：赵宇 数据处理：赵宇 赵宇 阴晓宁、杨林波陈晓辉、王昆、周琦 报告总结 以下是我们小组各成员的排序情况： 排序 第一梯队 第二梯队
人员 赵宇 杨林波、阴晓宁 2 / 26 签名 计算机在材料科学中的应用课程设计
第三梯队 第四梯队
王昆、陈晓辉 周琦 二、课程设计内容
模型1：蒸汽管道保温层的稳态温度场
1、建立模型
为减少供热损失、保证管道工作安全，常在管道外加一层矿棉作为保温材料。已知保温材料内径为 ，外径为 ，管道内饱和水蒸气的温度为 ，保温材料的热传导率为λ。忽略沿管道方向的热传导，采用柱坐标系，可建立以下模型。
2、边界条件
内表面： = ，内表面温度近似等于饱和蒸汽温度 外表面： 系数。
R1 R2 是环境温度,h是保温层表面的换热
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3、差分方程
沿径向取N个节点，步长为 。 ? 内表面节点差分方程：
? 内部节点差分方程：
? 外表面节点差分方程：
模型2：台式电脑CPU散热片的二维稳态温度场
1、建立模型
传统CPU散热片如图1所示。为了模拟散热片的稳态传热过程，忽略散热片在水平方向的传热，建立二维模型近似描述散热片的二维稳态传热过程。
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传热学数值模拟
