墙上太阳辐射的热方程


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我正在尝试模拟(厚)混凝土墙上太阳辐射的影响。我的假设如下:

  • 墙表现为半连续体,参数,,k=0.8W/Kmρ=2500kg/m3cp=880J/kgK
  • 太阳辐射模拟为壁表面上的热通量q˙(0,t)=650W/m2
  • 使用传热系数并考虑空气温度为恒定,可以模拟壁与周围空气之间的热交换h=15W/m2Kϑair

现在我应该求解热方程

u,tαu,xx=0

在以下IC和BC下:

{u(x,0)=ϑ0650+h(ϑairu(0,t))=ku,x(0,t)

我尝试使用Mathematica解决此PDE,但给了我一个荒谬的结果。以但是会导致良好的结果。因此,我非常确定错误在于对墙壁和空气之间的通量(边界条件)的考虑,但看不到它。h=0


编辑:这是我在mathematica中使用的代码。

k=0.8; c=880;  rho=1950; a=k/(c*rho); h=15; theta_air=0;

heqn=D[u[x,t],t] == a*D[u[x,t],{x,2}];
ic1=u[x,0] == 0;
bc1 = h*(theta_air-u[0,t])+650 == -k*Derivative[1,0][u][0,t]
theta_0 = 20;

sol=DSolveValue[{heqn,ic1,bc1},u[x,t],{x,t}][[1,1,1]]

f[x_,t_]=sol;
theta_0+f[0.,7200]
theta_0+f[0.1,7200]

这使:

15.3649+0.i
2.6153+0.i

同样,假设h=0(壁与空气之间没有热交换),则该PDE给出正确的结果。通过在书上找到的练习的解决方案来检查此结果。


您为什么不考虑将热量传递到无限深的墙?值得一提的是,您需要通过BlackBody方程解决辐射热损失,而不仅仅是传导到大气中。
卡尔·威索夫特

您是说Q /(c * rho)吗?我的墙上没有热源。当然,我可以在以后的步骤中考虑辐射热损失。我实际上正在尝试为一些有限元计算创建一个基准问题,并且增加了越来越多的复杂性。我当前的PDE的问题在于,我确实得到了毫无意义的结果(表面上t = 0处的负温度)
David

您提出的问题没有指定的域x。(您如何在方程式系统中加入无限性?)也许发布代码(或者,如果人们认为这不在主题之列,请将其发布在mathematica.stackexchange.com上)
agentp

@agentp是什么意思?所获得的解仅对x> 0有效(实际上,如果h = 0,就是这种情况)。我现在发布代码。它应该仍然是话题,因为主要问题仍然是IC和BC,而不是代码本身。
戴维(David)

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好的,我解析地解决了这个问题。明天我可以添加答案以供将来使用。然后问题出在我的mathematica实现中。然后,我将在mathematica SE上发布一个新问题。
David
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