Введение к работе
Актуальность работы. При исследовании тепловых процессов в тех-кике часто приходится иметь дело с пространственными телами сложной формы и состоящими из различных материалов. В то же время достаточно раскрыть любой учебник по численным методам решения таких задач, как мы увидим, что авторы, как правило, ограничиваются телами простой формы (прямоугольник, параллелепипед, циллиндр, шар и т.д.), а о расчетах температурных полей в составных телах известно вообще очень мало. Между тем, на практике часто встречаются задачи, в которых тела имеют сложную форму и состоят из различных материалов, и моделирование тепловых полей в них совершенно необходимо. Таковы, например, следующие задачи:
нестационарные тепловые процессы в различных радиоэлектронных приборах;
теплообменные аппараты;
металлургические процессы;
компрессоры;
строительные конструкции и т.д.
Очевидно, что для автоматизации проектирования всех перечисленных устройств требуется разработка методов, которые позволили бы моделировать нестационарные температурные поля в телах сложной формы состоящих из различных материалов.
Цель работы состоит в автоматизации процесса вычисления температурных полей в телах сложной формы, собранных из различных материалов. Методика должна позволять расчитывать множество вариантов за короткое время, чтобы дать проектировщику возможность выбора наилучшего инженерного решения.
Методы исследования
В процессе решения поставленной задачи использовались численные методы моделирования температурных полей составных тел сложной формы, а именно - конечно -разностные методы. Исследования проводились на ЭВМ с применением как однопроцессорной, так и параллельной многопроцессорной вычислительной техники.
Научная новизна
В процессе работы над указанной темой удалось:
выполнить сравнительную оценку различных методов решения задач теплопроводности для тел простой формы. Отобрать из них те методы, которые удобно распространить на сложные пространственные тела, состоящие из различных материалов;
разработать новые вычислительные методы: метод, сочетающий параболическую аппроксимацию с методом Дюфорта-Франкля и метод, сочетающий параболическую аппроксимацию с методом Головичева В.И.;
разработать различные алгоритмы распараллеливания трех конечно-разностных методов;
кодировка тел сложной формы и ее применение;
распараллеливание алгоритма кодировки тел сложной формы;
- выполнить теоретико-информационный анализ в предложенных алгоритмах. Обоснование выбора оптимального варианта.
Практическая ценность работы заключается в том, что удалось провести анализ различных конечно-разностных методов и выбрать наиболее оптимальный для алгоритма кодирования составных тел сложной формы для расчета их температурных полей. Разработано несколько гибридных конечно-разностных методов, сочетающих параболлическую аппроксимацию со схемой Дюфорта-Франкля, со схемой Головичева В.И. Данные алгоритмы хорошо сочетаются с алгоритмом кодирования.
Для сокращения времени счета разработан алгоритм распараллеливания указанных гибридных методов. Разработан алгоритм распараллеливания для метода кодирования составных тел сложной формы.
Методика реализована в виде расчетных программных модулей, использование которой позволяет значительно ускорить процесс расчета температурного поля составных тел сложной формы и получить информацию по распределению температуры в исследуемом объекте.
Данная работа является продолжением и развитием разработок В.М. Шипилова.
Реализация результатов работы
Представленная работа выполнена в Ивановском государственном энергетическом университете. Данный программный продукт внедрен в учебный процесс на кафедре теоретических основ теплотехники ИГЭУ.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции "VII Бенар-досовские чтения" (г. Иваново 1994 г.) и на международной научно-технической конференции "VIII Бенардосовские чтения" (г. Иваново 1997 г.).
Публикации
Результаты исследований опубликованы в восьми печатных работах. Список прилагается.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Изложена на 183 страницах основного текста, содержит 32 рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает 116 наименований.
