《2016美赛模型分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016美赛模型分析.docx（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 2016 美赛模型分析 写在前面与需要注意的点 我谨个人认为 ， 这整个就是一个题目 。 换句话说 ， 这个题目没什么层次感 ， 也没有递进关系， 纵然在第一段问我们最佳的策略，但是俨然最佳策略包含很多未知的东西。比如说： 持续灌热水的热水龙头在哪儿 浴缸多大？因为很显然如果澡盆越大，需要加的热水越多 浴缸的形状？考虑到浴缸如果是底部隔热 ， 上部分缩小 ， 减少与空气接触的面积 ， 变成 一个球，人蜷缩在里面，那么是不是会散热最小呢？ 所以我仅仅个人认为第一问其实是比较扯淡的 ， 没有约束条件来谈论极值就像不想结婚就干 炮一样不负责任。 但是这并不妨碍我们建立整个模型。 我们更深入地考虑几
2、个问题 灌进来热水之后，那么哪部分的水出去了？ 这个灌进来的热水，怎么样就极值了？ 好的 ， 设想一个浴缸 ， 浴缸的细节给定 ， 洗澡的人的细节给定 ， 那么是否存在流入水某 一 大 小的时刻，正好让浴缸恒温？ 好吧 ， 在我看来 ， 上面的问题就是废话 。 因为无论你灌进来多热的水 ， 浴缸最后的温度 都 会 趋于一个平衡 ， 只不过随着你灌进来的热水越快 ， 这个平衡温度越高而已 。 因为随着整个浴 缸水温的上升，所有接触面的温差增大，放出的热量更多，水温会达到进一步平衡。 所以在我看来 ， 如果浴缸和人给定 ， 然后再给一个热水源 ， 水温理应在最后稳定在一个值上 面。 在模型中，给出
3、了任意浴缸以及任意人性生物下的模拟。 输入的主视图和俯视图 我们所有的浴缸以及人的模型都是从两张图输入的 。 意味着 ， 您可以任意给定浴缸的形状以 及人形。 但要记得人是红色的 RGB255,0,0 水是黑色的 0,0,0 空气是白色的 255,255,255 规定了黑色是浴缸，在俯视图中，短的一边，也就是浴缸宽度，也就是左边竖的黑色箭头， 也就是身体垂直方向在代码中标示为 “width” 长的一边 ， 也就 是 浴缸长度 ， 也就是下面红色箭头线 ， 也就是平行身体方向 ， 在代码中 标 示 为 “length” 同理，在主视图中，长边，也就是浴缸长度，是 “length” 浴缸高度是“h
4、eight” 所以假如您希望将一个人腰斩截图，那么应该是选择一定的 length 值。 假设 人体除了表皮恒定温度为 37 度 空气的对流速度远超过传导速度（其实很好理解，因为空气一旦升温了密度变化剧烈） 水的热量传递主要为热传导，辅助以上下方向上的对流 浴缸的材料是陶瓷加中空的 我们认为表皮以及加隔层的浴缸模型上没有厚度 ， 但在导热上面具有物理线度 。 模型中 认为浴缸是由 0.2 厘米的陶瓷再加 0.2 厘米的隔热空气再加 0.2 厘米的陶瓷组成的。 空气温度保持不变 。 这需要解释 ， 因为大家都认为空气会被加热 ， 但事实上是空气被加 热一点点 ， 密度就会变小 ， 从而上升 ， 底
5、部流过来新鲜的室温空气 。 这就是我设为 空气 温度不变的原因 模型简述 由于给出的浴缸及人的模型往往非常复杂 ， 所以我们的模型采用有限元分析的方案 。 原则上 是将空间中进行网格划分，只考虑网格之间的相互作用。 我们将空间中所有的网格分为三部分，水，人，空气。 但是很显然的是，浴缸以及人表皮以及空气等接触面带给我们明显的不同。 首先我们来看基础模型： 我们试图在两个划分好的网格之间传播热量。 这是有三种材料的传导过程 。 最简单的会出现在人体与水之间的热传导 。 我们并不需要知道 表皮的温度发生了什么变化 ， 我们只需要知道两块方块中间位置的温度 。 通过计算温差以及 材料性质，就可以得到
6、传播的热量。 得到热量 Qx 之后我们就可以计算本次模拟之后当前方块的温度变化： 如图所示，每个方块传出去的热量之和除以质量以及比热容，就可以得到温度的变化。 对空间中的所有网格进行类似的处理，我们就可以得到模拟的结果。 当 然 了 ， 边 界 问 题 一 直 都 是 需 要 注 意 的 ： 上图中对于几个主要的边界给出了规定 。 当我们考虑到人与水的边界时 ， 需要使用人皮的传 热影响 。 当我们考虑水与空气的散热时 ， 应当考虑中间隔了陶瓷以及水与空气直接接触的可 能性。 加温影响 其实考虑加温效果会比较麻烦。因为你并不知道加进去的这块热水把哪一块冷水顶出去了。 而移动所有的网格是一件非常
7、愚蠢的事情。 我们考虑的更细致一点，加进来的热水带来了什么： 1. 能量 2. 注入了水 3. 使冷水排出 4. 水总量未变 既然水总量未变，那么我们是否可以只将热水的能量留下呢？ 事实上本模型中就是这样完成的 : 每次迭代周期，加进来一定温度一定数量的热水块，将热水块与浴缸里的水快进行热交换， 直到热水块的温度降到一定范围之内（代码中将热水块降温到与浴缸最低温度相差两度之 内） 设置变量介绍 initialTemperatureConfig 设置初始温度，包含体温室温等 heatParameter 导热系数 lambda 密度 density 比热容 heatCapacity heatedConfig 更改每次给入的热水量以及温度 displayData 可以更改设置动图或者多图。 动图参数 actionMode 设为 1，多图设为 0