热能工程与先进能源技术仿真与设计

第1章 绪论1.1 能源使用与环境1.2 当前能源利用概述1.2.1 锅炉燃烧及燃煤发电概述1.2.2 太阳能直接热利用概述1.2.3 太阳能光伏发电概述1.2.4 核能发电技术概述1.2.5 燃料电池发电技术概述1.2.6 海洋能（潮汐能、波浪能、洋流能、海洋温差能）利用概述1.2.7 水力能、风能、生物质能、地热能利用概述1.3 发展传热-传质-电磁工程仿真技术的重要性参考文献

第2章 几何结构2.1 建立一维几何结构2.1.1 点的建立2.1.2 线段的建立2.1.3 多段线的建立2.2 建立二维几何结构2.2.1 圆的创建2.2.2 椭圆的创建2.2.3 矩形的创建2.2.4 正方形的创建2.2.5 多边形的创建2.3 二维几何结构的布尔运算2.3.1 并集2.3.2 交集2.3.3 差集2.3.4 组合2.4 编辑二维几何结构2.4.1 选择几何结构对象2.4.2 修改几何结构对象2.4.3 创建几何结构对象副本2.5 倒角与圆角2.5.1 倒角2.5.2 圆角2.6 二维综合实例2.7 建立三维几何结构2.7.1 长方体的创建2.7.2 圆柱体的创建2.7.3 圆锥体的创建2.7.4 球体的创建2.8 通过二维对象创建三维模型2.8.1 拉伸2.8.2 旋转2.9 三维几何结构的布尔运算2.9.1 并集2.9.2 交集2.9.3 差集2.10 编辑三维几何结构2.10.1 阵列2.10.2 复制2.10.3 镜像2.10.4 移动2.10.5 旋转2.11 三维综合实例参考文献

第3章 网格划分3.1 建立自由三角形网格3.1.1 根据系统默认尺寸直接生成自由网格3.1.2 利用Size控制不同边的网格尺寸3.1.3 利用Size控制不同区域的网格尺寸3.1.4 利用Distribution控制不同边的网格数量3.2 建立结构网格3.3 建立自由四边形网格3.4 建立边界层网格3.5 建立拉伸网格3.6 建立双重网格3.7 建立装配体网格3.8 边网格3.9 复制网格3.9.1 复制面网格3.9.2 复制体网格3.10 网格转换3.10.1 面转换3.10.2 体转换3.11 网格划分综合实例参考文献

第4章 数学方程求解4.1 代数方程4.1.1 COMSOL? 默认算子、常数及函数4.1.2 一元一阶方程求解过程4.1.3 一元多阶方程的求解4.1.4 二元一阶方程组求解4.1.5 二元多阶方程组4.2 超越方程4.3 微分方程4.3.1 COMSOL符号约定4.3.2 微分方程的分类4.3.3 常微分方程4.3.4 偏微分方程4.3.5 微分代数方程4.3.6 经典微分方程参考文献

第5章 传质仿真5.1 物质扩散涉及的物理量5.2 Fick's model简介5.3 Stefan-Maxwell model简介5.4 Dusty gas model简介5.5 具有菲克定律形式的尘气模型简介5.5.1 两组分尘气模型5.5.2 多组分尘气模型5.6 FM应用实例5.6.1 引言5.6.2 模型定义5.6.3 结果与讨论5.6.4 模型简介5.7 SMM应用实例5.7.1 引言5.7.2 模型定义5.7.3 模型简介5.8 DGMFM应用实例5.8.1 引言5.8.2 模型定义5.8.3 模型简介参考文献

第6章 传热仿真6.1 热传导6.2 热对流6.3 热辐射6.4 换热器仿真6.4.1 引言6.4.2 模型定义6.4.3 结果与讨论6.4.4 模型简介6.5 汽车刹车盘在刹车前后温度变化仿真6.5.1 引言6.5.2 模型定义6.5.3 结果与讨论6.5.4 模型简介6.6 水杯中的自然对流仿真6.6.1 引言6.6.2 模型定义6.6.3 结果与讨论6.6.4 模型简介参考文献

第7章 动量仿真7.1 自由空间中的动量方程7.2 多孔介质中的动量方程7.3 流体阀仿真7.3.1 引言7.3.2 模型定义7.3.3 模型简介7.4 混合器内部流场数值模拟7.4.1 引言7.4.2 模型定义7.4.3 结果与讨论7.4.4 模型简介参考文献

第8章 导电仿真8.1 电荷守恒方程8.2 电导率8.3 有效电导率的计算8.3.1 引言8.3.2 模型定义8.3.3 结果与讨论8.3.4 模型简介参考文献

第9章 燃料电池理论基础9.1 能源危机9.2 燃料电池简介9.2.1 燃料电池起源与发展9.2.2 燃料电池的分类9.2.3 固体氧化物燃料电池的开路电压（Nernst势）9.2.4 固体氧化物燃料电池的I-V曲线9.3 固体氧化物燃料电池的数学模型9.3.1 固体氧化物燃料电池的几何结构9.3.2 动量守恒方程9.3.3 能量守恒方程9.3.4 质量守恒方程9.3.5 导电方程9.3.6 电化学模型参考文献

第10章 固体氧化物燃料电池仿真10.1 固体氧化物燃料电池多物理场模型10.1.1 引言10.1.2 模型定义10.2 模型简介10.2.1 模型向导10.2.2 全局定义10.2.3 创建几何模型10.2.4 定义设置10.2.5 边界条件设置10.2.6 网格划分10.2.7 计算10.2.8 结果与讨论参考文献

能量转化的核心基础可能是多种多样的，但就其整个能源应用装置而言，大部分能源利用技术的研究、发展到最终的商业化都涉及传热、传质及导电过程的工程分析设计。　　《热能工程与先进能源技术仿真与设计》主要以COMSOLMultiphysics软件为工具，首先介绍了传质、传热、导电等单个物理过程的仿真，然后以燃料电池为例详细介绍多物理场间的耦合仿真。在经典物理的范畴内，大部分工程问题都可抽象为二阶及二阶以下的微分方程形式，因此本书中基于传热、传质及导电的耦合研究方法完全可推广应用于能源应用研究过程中遇到的其他物理、化学过程的工程建模分析。读者通过对本书的阅读和理解，可系统掌握使用有限元工程软件针对能源应用研究过程中遇到的各种工程问题进行数值建模和分析优化设计的技能。　　《热能工程与先进能源技术仿真与设计》可供COMSOL软件用户，化工领域的本科生、研究生，能源动力类的本科生、研究生使用，也可供能源行业技术人员、研究人员参考。

能量转化中涉及的传热、传质及导电过程具有通用性和代表性。本书是针对能源技术的基本技术特征，运用COMSOLMultiphysics软件对热能工程及几种可再生能源的仿真模拟与设计，对具体的工程技术有一定的借鉴作用。稿件所基于的软件COMSOLMultiphysics是能源、力学等多物理场仿真的通用软件，对其他学科也具有一定的参考价值。