固体导热虚拟实验

观察温度场和准稳态建立,读取两面热电势,反演导热系数与比热容。

输出时刻 1680 s;播放60倍速

图 1 对称半层试样;灰度由各单元计算温度生成,颜色越深表示相对初温越高

热电势读数

数据分析

图 2 数值温度剖面;中心面零通量、加热面输入恒热流

表 1 虚拟两面读数(0 组)

来源时间 / s中心 / μV加热 / μV表观λ / W/(m·K)操作

准稳态式λ=qR/(2ΔT)在温差稳定后适用,早期反演有系统偏差。c由中心面温升斜率求得,不同网格和不同材料条件分别分析。

原报告观测

表 2 主报告13–28min读数

时间 / min中心 / μV加热 / μV两面差 / μV

16组仅跨15min。原两面差仍漂移,源110Ω及其他近似参数未独立确认;末端/平均温差结果分别保留。残差标准误非完整不确定度,其他照片序列不拼接。

模型依据

$$\rho c\,\partial_tT=\lambda\partial_{xx}T,\quad\partial_xT(0,t)=0,\quad\lambda\partial_xT(R,t)=q,\quad T(x,0)=T_0.$$
$$q=\frac{U^2}{2Ar},\quad\frac{d\bar T}{dt}=\frac q{\rho cR},\quad T(R)-T(0)\longrightarrow\frac{qR}{2\lambda}.$$

一维均匀材料、恒定物性与面积、中心对称、横向绝热,忽略接触热阻和边缘损失;参数0.85是源面积近似修正。有限体积保存平均能量,CN时间步保证扩散比≤0.4;各输出之间播放采用最近10s数值快照,记录使用其真实时间戳。独立解析级数和20/40/80格收敛详见模型证据。

参考文献

周厚兵等,《基于准稳态实验方法研究橡胶材料的热传导性质》,物理实验2018,38(7):17–22,p17–18热方程与准稳态关系。DOI 10.19655/j.cnki.1005-4642.2018.07.005。