COMSOL工程传热与相变实战

·案例丰富：覆盖基础到多物理耦合等多类案例，直击工程传热难题。
·实战导向：每个案例含背景、详细流程及注意事项，可直接参考应用。
·跨域适配：适配机械、能源、医药等多行业科研与工程技术人员需求。
·配套完善：附赠教学视频 + PPT，助力理论学习与实操落地双重提升。

传热问题在不同的行业产生影响，需要进行详尽分析，COMSOL传热分析能够处理各种工程传热问题，是科研人员与工程师的得力工具。本书在介绍传热基本控制方程、传热分析的有限元方法、流体传热及耦合传热等理论的基础上，给出了有关基础传热、热流耦合传热、相变传热、多物理耦合传热、传热参数与结构优化、深度神经网络代理模型训练等案例分析，尽可能多地涉及COMSOL传热分析的各个方面，每个案例给出相关的背景与详细的分析过程及注意事项，为读者具体应用提供参考。
　　本书可作为机械、材料、水利、土木、暖通、动力、能源、化工、航空、冶金、环境、交通、电力电子、超算、医药、生物等领域的科研与工程技术人员使用COMSOL软件进行传热分析及传热参数优化的参考书，也可作为这些专业领域的本科生和研究生学习数值传热分析、有限元法及COMSOL软件的教学用书。

江帆，广州大学机械与电气工程学院教授、研究生导师，长期从事机械创新设计、机械 CAE/CFD 的教学、研究工作；中国人工智能学会可拓学专业委员会副秘书长、可拓创新方法研究中心副主任，中国图学学会制图技术委员会副秘书长。主持或参与科研立项 20 余项，发表论文 70 余篇，授权专利 20 余件，两项成果获广东省科技进步二等奖；已出版《机械原理》《TRIZ创新应用与创新工程教育研究》《TRIZ 与可拓学比较及融合机制研究》《创新方法与创新设计》《有限元基础与 COMSOL 案例分析》等图书。

温锦锋，广州大学机械与电气工程学院研究生，主要研究方向为微流控、CFD，熟练使用 COMSOL、ANSYS 和 ABAQUS 等仿真软件；已发表 COMSOL 相关论文1篇，授权发明专利 7 项；已出版《有限元基础与 COMSOL 案例分析》。

第 1章 工程传热与有限元分析基础　1
1.1 热力学与传热学概述　1
1.1.1 热力学基本定律　2
1.1.2 热量传递方式　3
1.2 固体传热基本方程　4
1.2.1 傅里叶方程　4
1.2.2 导热控制方程　5
1.3 二阶偏微分方程　7
1.3.1 二阶偏微分方程的分类　7
1.3.2 定解条件　9
1.4 传热问题的定解条件　10
1.4.1 第 一类边界条件　10
1.4.2 第二类边界条件　10
1.4.3 第三类边界条件　10
1.4.4 热辐射边界条件　11
1.4.5 初始条件　11
1.5 有限元法简介　11
1.5.1 有限元方法　12
1.5.2 加权余量法　12
1.6 平面传热分析的3节点三角形单元　14
1.6.1 单元插值函数　14
1.6.2 内部单元加权余量模型　18
1.6.3 边界条件计算方法　19
1.7 平面传热分析的4节点四边形单元　22
1.7.1 任意4节点四边形单元　22
1.7.2 等参单元映射方法　23
1.7.3 正方形 的等参映射函数　24
1.7.4 正方形 的等参映射函数　25
1.7.5 平面传热分析的等参单元模型　26
1.7.6 边界条件计算方法　28
1.8 流动传热基础　28
1.8.1 基本控制方程　29
1.8.2 湍流模型　29
1.8.3 流动初始条件和边界条件　31
1.8.4 流动方程有限元求解思路　32
1.9 耦合传热基础　36
1.9.1 热固耦合　36
1.9.2 相变传热　37
1.9.3 蒸发与冷却　39
1.9.4 多孔介质传热　39
1.9.5 电磁传热　40
1.10 有限元法分析过程　42
1.11 单元插值函数的选取与收敛性分析　43
1.12 机器学习与传热分析　44
1.12.1 机器学习与传热有限元 分析　45
1.12.2 利用机器学习方法进行 传热分析的思路　46
第 2章 COMSOL基本操作　47
2.1 COMSOL主界面　47
2.2 COMSOL传热分析流程　51
2.2.1 常规分析流程　51
2.2.2 案例解析　52
2.3 内置的常数、变量与函数　60
2.4 自定义参数、变量、函数和材料　63
2.5 COMSOL自定义参量的常见错误　66
2.6 COMSOL错误处理的技巧　68
2.6.1 错误定位与查找思路　68
2.6.2 常见错误处理思路　69
2.6.3 使用技巧总结　70
第3章 传热基础分析　71
3.1 不同材质平板导热量分析　71
3.1.1 问题描述　71
3.1.2 建模思路及注意事项　71
3.1.3 具体计算　71
3.2 蒸汽管道的总散热量分析　79
3.2.1 问题描述　79
3.2.2 建模思路及注意事项　79
3.2.3 具体计算　79
3.3 建筑结构热桥分析　86
3.3.1 问题描述　86
3.3.2 建模思路及注意事项　87
3.3.3 具体计算　87
3.4 齿轮的渗碳与淬火分析　93
3.4.1 问题描述　93
3.4.2 建模思路及注意事项　94
3.4.3 具体计算　94
3.5 翅片的拓扑优化分析　110
3.5.1 问题描述　110
3.5.2 建模思路及注意事项　110
3.5.3 具体计算　110
第4章 耦合传热分析　118
4.1 热水壶加热过程分析　118
4.1.1 问题描述　118
4.1.2 建模思路及注意事项　118
4.1.3 具体计算　119
4.2 纳米流体在微通道内的流动传热特性分析　128
4.2.1 问题描述　129
4.2.2 建模思路及注意事项　129
4.2.3 具体计算　130
4.3 机房内的传热分析　138
4.3.1 问题描述　138
4.3.2 建模思路及注意事项　138
4.3.3 具体计算　138
4.4 柔性涡发生器的振荡强化传热分析　148
4.4.1 问题描述　148
4.4.2 建模思路及注意事项　148
4.4.3 具体计算　148
4.5 CPU散热器传热分析　157
4.5.1 问题描述　157
4.5.2 建模思路及注意事项　157
4.5.3 具体计算　158
4.6 双金属片的热变形分析　165
4.6.1 问题描述　165
4.6.2 建模思路及注意事项　165
4.6.3 具体计算　166
4.7 铜丝的通电发热分析　171
4.7.1 问题描述　171
4.7.2 建模思路及注意事项　171
4.7.3 具体计算　172
第5章 相变传热分析　178
5.1 孔隙尺度相变填充床储热性能分析　178
5.1.1 问题描述　178
5.1.2 建模思路及注意事项　179
5.1.3 具体计算　179
5.2 管道中的结冰分析　188
5.2.1 问题描述　188
5.2.2 建模思路及注意事项　188
5.2.3 具体计算　189
5.3 激光烧蚀分析　198
5.3.1 问题描述　198
5.3.2 建模思路及注意事项　199
5.3.3 具体计算　199
5.4 电池复合散热分析　205
5.4.1 问题描述　205
5.4.2 建模思路及注意事项　205
5.4.3 具体计算　206
5.5 微通道中蒸汽气泡生长分析　220
5.5.1 问题描述　220
5.5.2 建模思路及注意事项　220
5.5.3 具体计算　220
第6章 复杂传热分析　233
6.1 多孔介质传热分析　233
6.1.1 问题描述　233
6.1.2 建模思路及注意事项　233
6.1.3 具体计算　235
6.2 加热电路的电热固耦合分析　257
6.2.1 问题描述　257

6.2.2 建模思路及注意事项　258
6.2.3 具体计算　259
6.3 管式反应器温度条件优化分析　276
6.3.1 问题描述　276
6.3.2 建模思路及注意事项　276
6.3.3 具体计算　277
6.4 管式反应器的代理模型训练　291
6.4.1 代理模型概述　291
6.4.2 问题描述　292
6.4.3 构建思路及注意事项　293
6.4.4 具体设置　295
参考文献　311