在直径为 50 mm、高 120 mm的圆柱上选取周向 1/6 的区域,求解无内热源的非稳态导热方程:
\[ \frac{\rho c_p \partial T}{\partial t} = \nabla \cdot \left( \lambda \nabla T \right) \]
给定初始温度
T = 30 ℃。按照 20 ℃ 的水确定物性:\(\rho\) = 998.2 kg/m
3,
cp = 4184
J/(kg∙K),\(\lambda\) = 0.598 kg/m
3。
在圆柱表面上设置第三类边界条件:
\[ - \lambda \frac{\partial T}{\partial n} = h(T - T_f)\]
其中,
h =
W/(m2K),
Tf = 5 ℃。
选择 1 min 的时间步长进行非稳态求解,每个时间步求解完成后计算饮料的体积平均温度。
通过求解得到
分钟后饮料的平均温度为
℃,已符合要求,因此结束计算。此时易拉罐内部的温度分布如下图所示。