设有一块厚度为2δ的无限大平板初始温度为t_0在初始瞬间将它放置于温度为t_∞的流体中如图1所示。设t_∞t_0流体与板面间的表面传热系数h为常数。采用MATLAB求解
可以使用MATLAB来求解该问题。首先,需要定义一些参数和变量。假设流体与板面间的表面传热系数为h,板的厚度为2δ,初始温度为t_0,流体的温度为t_∞。
可以使用pdepe函数来求解该问题。pdepe函数可以用来求解二维偏微分方程的初边值问题。在这个问题中,可以将平板视为一维问题,因此只需要考虑x方向上的温度变化。
定义一个匿名函数来表示温度变化的偏微分方程:
function [c,f,s] = heatpde(x,t,u,DuDx)
c = 1;
f = DuDx;
s = 0;
然后,定义边界条件函数,其中左侧边界条件表示板子表面的温度始终为t_∞,右侧边界条件表示板子的温度始终为t_0:
function [pl,ql,pr,qr] = heatbc(xl,ul,xr,ur,t)
pl = ul - t_∞;
ql = 0;
pr = ur - t_0;
qr = 0;
接下来,定义网格和时间步长:
x = linspace(-δ, δ, 100);
t = linspace(0, 1, 100);
然后,使用pdepe函数来求解该问题:
m = 0;
sol = pdepe(m,@heatpde,@heatic,@heatbc,x,t);
最后,绘制结果:
u = sol(:,:,1);
surf(x,t,u);
xlabel('x');
ylabel('t');
zlabel('温度');
完整的MATLAB代码如下:
function heat_plate()
% 定义参数和变量
h = 1;
δ = 1;
t_0 = 0;
t_∞ = 1;
% 定义偏微分方程
function [c,f,s] = heatpde(x,t,u,DuDx)
c = 1;
f = DuDx;
s = 0;
end
% 定义边界条件
function [pl,ql,pr,qr] = heatbc(xl,ul,xr,ur,t)
pl = ul - t_∞;
ql = 0;
pr = ur - t_0;
qr = 0;
end
% 定义网格和时间步长
x = linspace(-δ, δ, 100);
t = linspace(0, 1, 100);
% 求解偏微分方程
m = 0;
sol = pdepe(m,@heatpde,@heatic,@heatbc,x,t);
% 绘制结果
u = sol(:,:,1);
surf(x,t,u);
xlabel('x');
ylabel('t');
zlabel('温度');
end
运行该函数即可得到温度分布的图形
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