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热对流公式(Fluent热对流理论详解)

热对流公式
1.牛顿冷却公式流体流过固体表面发生的热量交换称为对流换热。对流换热的基本公式为牛顿冷却公式,即
图 对流换热示意图
对流换计算的关键在于获得流体与固体表面间的传热系数。对流换热是流体得导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。斯坦顿数:Stanton number简介:描述强制对流的一个准数。与雷诺数、普朗特常数等类似。公式:St=α/(ρ*u*Cp)或 St=Nu/(Re*Pr)式中:α为对流传热系数,W/m2·K;ρ为流体密度,kg/m3;u为流体速度,m/s;Nu为努塞尔特准数,Re为雷诺数,Pr为普朗特准数(皆为无量纲的数值)。在流体的温度和流速等条件相同时,St数愈大,发生于流体与固体壁面之间的对流换热过程就愈强烈。2.近壁处无滑移边界与换热微分方程实验证明,无论对于层流还是湍流,无滑移边界都是适用的。因此由无滑移边界可知,在极薄的贴壁流体层中,热量只能以导热方式传递。根据传递热量相等,应用傅里叶和牛顿冷却定律,得
图近壁处速度分布示意图
由上式可知,对流换热系数与近壁流体温度有关,因此对流换热系数依赖于流体温度场得求解。为了求解流体温度,需要根据流体的三大定律:质量守恒,动量守恒和热流守恒求解,对于不可压缩流体,共有三个方向速度,压力和温度共5个未知量。理论是可以求解的,但是实际情况由于流体控制方程具有高度的非线性很难求解。对于Fluent使用基于雷诺应力或大涡模型进行数值求解,fluent通过计算的流动的基本参数,流速,温度,就可以计算得到换热系数。ANSYS空间公众号,致力于创建覆盖结构,流体,传热,声学,疲劳断裂,优化设计与多场耦合面向工程应用的知识库,欢迎大家关注。
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