计算机在材料科学中的应用.doc

1. 材料设计可根据设计对象所涉及的空间尺度划分为若干层次, 一般可分为显微结构层次、原子分子层次以及电子层次等。 2. 材料设计主要包括三个方面的含义):(1 )理论计算→预报→组分、结构和性能;(2 )理论设计→订做→新材料;(3 )按照生产要求→设计→制备和加工方法。 3. 材料设计中的计算机模拟: 随着计算机技术的进步和人类对物质不同层次的结构及动态过程理解的深人, 可以用计算机精确模拟的对象日益增多。在许多情况下, 用计算机模拟比进行真实的实验要快要省, 因此可根据计算机模拟结果预测有希望的实验方案, 以提高实验效率。 4. 传热学: 研究热量传递规律的科学, 具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法。 5. 传热学应用实例:(1 )日常生活中的例子: a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持 20 度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?为什么? b 夏天人在同样温度(如: 25 度)的空气和水中的感觉不一样。为什么? c 北方寒冷地区, 建筑房屋都是双层玻璃,以利于保温。如何解释其道理?越厚越好?( 3 )几个特殊领域中的具体应用: a 航空航天:高温叶片气膜冷却与发汗冷却;火箭推力室的再生冷却与发汗冷却; 卫星与空间站热控制; 空间飞行器重返大气层冷却; 超高音速飞行器( Ma=10 ) 冷却; 核热火箭、电火箭;微型火箭(电火箭、化学火箭) ;太阳能高空无人飞机。 6. 按物体温度是否随时间的变化而变化,热量传递过程可分为:稳态过程( 又称定常过程)、非稳态过程( 又称非定常过程)。凡是物体中各点的温度不随时间改变而变化的热传递过程称为稳态热传递过程。反之称为非稳态传递过程。热传递有三种基本方式: 导热、对流和热辐射。依靠分子原子以及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为导热。 7. 温度场:指某一瞬时物体内各点的温度分布状态。 8. 等温面与等温线: 三维物体内同一时刻所有温度相同的点的集合称为等温面; 一个平面与三维物体等温面相交所得的的曲线线条即为平面温度场中的等温线。 9.?:热流量,单位时间传递的热量[W] ;q :热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量; A :垂直于导热方向的截面积[m2] ; ?:导热系数(热导率) [W/( m K)] 。 10. 导热的特点:a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量; d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。 11. 对流:流体中(气体或液体)温度不同的各部分之间,由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 12. 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式 13. 热辐射: 有热运动产生的,以电磁波形式传递能量的现象. 辐射换热的特点:a 不需要冷热物体的直接接触;即:不需要介质的存在,在真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换物体热力学能电磁波能物体热力学 c 无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量;高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温. -Boltzmann 定律: 4TA??? 15. 初始条件与边界条件:(1) 第一类边界条件已知物体边界上的温度分布函数(2