本课程更多的关注于热问题的数值计算
计算流体力学所涉及的诸如无粘流及跨、超音速 流动的数值计算在本课程中并不涉及
第一章 引言———计算传热学发展简史
早在1933年，英国科学家THOM应用手摇计算机完成 了对一个外掠园流动的数值计算，但真正应用计算机 和数值计算方法求解流动和传热问题，并在全世界范 围内形成规模而且得到有益的结果，大致始于60年代 因而，我们讲NHT发展史也就从60年代开始。从60年 代开始至今，把NHT的发展过程大致可以分为三个阶 段。
第一章 引言———计算传热学发展简史
1979年Spalding教授及其合作者开发的流动与传热问题 的大型通用软件PHOENICS第一版问世。 PHOENICS 是英语Parabolic, Hyperbolic or Elliptic Numerical Intergration Code Series的缩写。但仅限于帝国理工 CFD研究组内使用。
第一章 引言———计算传热学发展简史
在交错网格基础上，提出了同位网格方法，其吸取交错 网格的成功经验，又将求解变量布置在同一套网格上， 在非正交曲线坐标系中得到了广泛的应用。 在SIMPLE算法基础上，先后提出了SIMPLER和 SIMPLEC等改进算法。 总之，这一阶段NHT已经开始走向工业界，经典著作、 商用软件、网格生成技术、更好的算法等等这些为日后 岁计算机工业的快速发展而NHT兴旺发达奠定了坚实的 理论基础、人员基础和物质基础。
与理论研究所不同，计算传热学以真实 条件和复杂工况为研究对象，用数值计 算的方法求解描述该真实过程的基本方 程，从而获得该过程变量的数值分布， 并据此研究该过程的变化规律。
第一章 引言———计算传热学发展简史 3、计算传热学发展简史
计算传热学和计算流体力学关系密切，以至通常人们 把热流体力学的数值计算也归于CFD
2001 Total Impact 2001 Cites factor Articles
728 2696 2818 4783 21689
5.667 5.486 2.570 2.521 1.912
5 19 84 122 389
6
7 8 18 28
Phys Fluids
Struct Optimization Int MultiPhas Flow Numerical Heat Transfer B-Fund Numerical Heat transfer A-Appl
1979年Leonard发表了具有良好稳定性和高精度的 QUICK格式，使数值计算往精益求精的方向迈出了重 要的一步，其后来得到了广泛的认识。
第一章 引言———计算传热学发展简史
1980年Patankar教授的名著Numerical Heat Transfer And Fluid Flow，为NHT在工业中的广泛应用和众多 的 人们掌握和理解NHT奠定了理论基础。该书深受全 世界NHT的研究者和使用者欢迎，相继被翻译成俄文 、日文、波兰文和中文等，成为NHT领域内一部经典 著作。 随着NHT不断成功地应用于各种问题，工业界和热科 学领域的研究方法也产生改变，由传统的依靠实验， 转而采用实验和计算并举的方法。
第一章 引言———计算传热学发展简史
NTH
第一阶段---萌芽初创时期(1965---1974) 1965年美国科学家Harlow/Welch 提出了交错网格 1966年Gentry/Martin/Daly及 Barakat/Clark确认了迎风格式的意义 初 期 遇 到 的 两 大 困 难
1966年世界上第一本介绍CFD和NTH的 刊物Journal of Computational Physics创刊
第一章 引言———计算传热学发展简史 Mechanics, 2001, Total Journal=94
Rank
1 2 3 4 5
Journal Title
Adv Appl Mech Annu Rev Fluid Mech J Rheology J Mech Phys Solids J Fluid Mech
第一章 引言———人类实践活动发展迅猛 2.2 人类实践活动发展迅猛 目前人类生产生活的能源和动力主要来自化石 燃料的化学能向热能的转变过程。因此与热相 关的生产实践活动十分丰富，且与我们生产生 活的方方面面都密切相关，在上世纪得到了迅 猛的发展和成熟。如： 性能卓越，易于控制的汽车发动机 从推力以克计量的微型火箭发动机到推力以 吨计量大型火箭发动机 十分复杂和可靠航空发动机 大型的燃煤、燃油锅炉
相 似 比 拟
量 纲 分 析
实 验 关 联 式
第一章 引言———燃烧学研究状况
燃烧学 着火与灭火 层流预混燃烧 液滴蒸发与燃烧
球 形 密 闭 容 器
良 好 搅 拌 反 应 器
应一 层维 流定 流场 动有 反
蒸折液 发算滴 与薄在 燃膜静 烧中止 的或
第一章 引言———理论研究的总结 (1)不论是流体力学，传热学，还是燃烧学都是以 实际中并不存在的理想情况或简单问题为研究对 象。 (2)这些研究在理想条件和简单问题基础之上，应 用积分、保角变换、小扰动线化理论和特征线理 论等一些数学手段进行演绎和推导，最终给出所 能考虑的过程变量之间相互制约的一个解析的或 近似的表达式。 (3)一方面它们的研究手段或成果难于或无法应用 于复杂的问题，另一方面它们对实践的指导意义 比较宏观和笼统，难以或无法微观和具体。
1967年Patankar和Spalding发表了求解抛物型流动 P-S方法。
第一章 引———计算传热学发展简史
1969年Spalding在Imperial College为把他们的研究成 果---P-S方法推广到工业界，创建CHAM，并于同年出 版Heat and Mass Transfer in Recirculating Flows，为 世界上第一本CFD/NTH专著。 1972年SIMPLE算法问世 1974年美国学者Thompson, Thames及Mastin提出采用 微分方程来生成适体坐标的方法(TTM方法)，后来逐 渐形成为CFD/NTH领域的一个重要分支---网格生成 技术
第一章 引言———计算传热学发展简史
第三阶段---进一步兴旺发达的近期(1985---至今)
1985年Singhal对NHT的现状进行了总结，并提出NHT有 能力求解的十类问题。这十类问题涉及范围十分广泛， 从纯导热问题到气、固、液并存的流动和换热问题。指 出NHT远没有发挥它力所能及的程度，主要原因在于： 计算方法和模型有待完善以及软件使用不够方便和友好。 其中后者是主要原因，其为NHT软件的发展起到了积极 的促进作用。 为使用方便和友好，前后处理软件迅速发展 巨型机的发展促使了并行算法以及人们用数值计算方法 认识湍流现象的可能。如：DNS，LES等。
同类课程：计算燃烧学、计算流体力学
基础课程：流体力学、传热学、燃烧学
第一章 引言———计算传热学的产生背景之理论研究不足
2、计算传热学的产生背景
我们将从四个方面来认识计算传热学的产生背景
2.1 理论研究不足 计算传热学研究的对象是有传热和燃烧现象 发生的流动过程，因此，其涉及三个方面的 理论研究，它们是：流体力学、传热学和燃 烧学
计算传热学 Numerical Heat Transfer
Streamwise Velocity from DNS of a Backward-Facing Step
第一章 引言———计算传热学的含义
1、计算传热学的含义
传热学：研究热的传递规律的一门学科
计 算：给出待求变量或所研究过程状态 变量数值大小的方法与过程 计算传热学：用计算的方法研究热传递过 程，给出刻画这些过程的状态量的数值大 小，并据此来认识热传递过程及其变化规 律
第一章 引言———计算传热学发展简史
为了适应这一变化，使NHT为工业界和科研人员所接受 和掌握，并成为他们改进设计和研究问题的一个有效手 段，1981年CHAM公司把原先局限于帝国理工CFD研究 组应用的PHOENICS软件正式投放市场。开创了CFD/ NHT商用软件的先河。其后商用软件业蓬勃发展，到目 前已有几十种，其中著名的有FLUENT， STAR-CD CFX等。 随着计算机工业的不断发展，NHT逐步由二维向三维、 由规则区域向不规则区域、由正交坐标系向非正交坐 标系发展
第一章 引言———理论与实践脱节的原因 2.3 理论与实践脱节的原因
u j ( ) S t x j x j x j
但，对于上述方程数学上尚不能给出它的解
(t , x1 , x 2 , x 3 )
因此，造成了理论与实践脱节的原因
第一章 引言———计算机提供了一个途径 2.4 计算机的出现和迅猛发展为我们求解非线性 偏微分方程组提供了一个途径 ————数值计算
第一章 引言———计算传热学的广义含义 计算传热学：用计算的方法研究有燃烧和传热 现象发生的流动过程，给出刻画这些过程的状态 量的数值大小，并据此来认识有燃烧和传热现象 发生的流动过程及其变化规律。 研究对象：有燃烧和传热现象发生的流动过程 研究方法：数值计算 研究目标：给出过程量的数值大小，并据此来 认识所研究过程的变化规律。
热过程与流动过程密不可分，从而是计算传热学和计 算流体力学的主要研究内容是一致的，或基于计算流 体力学之上的。 因此，计算传热学的发展史很大程度上就是计算流体 力学的发展史。 既然这样，我们选学计算流体力学岂不更好？
第一章 引言———计算传热学发展简史
但是，本课程的计算传热学和计算流体力学的内容 还是有很多区别的。 首先，计算流体力学更多的被看成本课程的基础， 所以许多问题更多的是作为知识来学习和了解， 而不象CFD那样追根求源。如：格式的精度、稳 定性、耗散性、色散性等
第一章 引言———计算传热学含义的扩展 进一步，传热有导热、对流换热和辐射传热之分， 可以用下边的方程来描述