流固耦合|04Fluent设置要素-上

导读：介绍传热三种基本方式：导热、对流、辐射。传热基本方式 导热发生在介质中（流体或固体中）；与原子和分子的振动或电子运动有关的；介质内温度梯度引起的热扩散。对流热量是通过移动的流体来传递的;辐射由电磁波发射的能量 导热 传导是通过分子相互作用进行的热传递。气体间：分子的速度取决于温度。热的高能分子与邻近分子发生碰撞，从而提高了它们的速度。固体间：分子和晶格结构发生振动。傅里叶定律表明，热通量与温度梯度成正比： 其中k表示导热系数。一维傅里叶定律的积分对于一个简单的一维稳态传导，如果导热系数恒定，通过平板的温度分布是线性的。于是就有了热阻的概念： R表示热阻（K/W）， 对流 对流传热是流体运动的结果传热速率与流体速度、流体速度和性质有密切的关系流体的性质可能随温度而有显著变化冷空气经过一个发热源时，会带走发热源附近的热空气，用冷空气去替代：牛顿冷却定律用于阐述对流换热： 其中 表示平均对流换热系数。 传热系数一般来说，h不是常数，通常是温度梯度的函数。根据理查森数（Ri，浮力项与流剪切项的比值的无量纲数）可以将对流分为三类： 其中 表示热膨胀系数。自然对流：由于浮力效应而导致的流体运动 (Ri > 10)， 值一般为4-4000(W/m2·K)； 强迫对流：流动是由一些外部有因素引起 (Ri < 0.1)， 值一般为80-75000(W/m2·K)； 相变对流：由于相变引起的对流换热， , 值一般为300-900000(W/m2·K)； 自然对流 在自然对流中，流体运动是由于浮力效应引起的。当流体被加热时，它的密度就会降低，这个密度梯度会产生一种浮力（体积力），从而引起与重力相反的流动。这种体积力的计算方法如下： 可以通过瑞利数对自然对流的流动状态进行表征： 其中 为热扩散系数， 为动力粘度， 为热膨胀系数， 为重力加速度。在大多数应用中，自由对流和强制对流同时发生。为了确定该流动是由自然对流、强迫对流或两者都驱动的，需要通过理查森数（Ri）来判断： <<1,强制对流占主导； ≈1，自然对流和强制对流同时主导； >>1,自然对流占主导。边界层流动与形成的粘性边界层类似，也存在一个热边界层：努塞尔数（Nu）是跨越边界的对流热量与传导热量的比率，也可以理解为表面无量纲温度梯度。努塞尔特数（Nu）推导：将从壁传导的热量等于对流方式的相同传热： 定义无量纲数量： 重新组合得到： 传热系数有相关以Nu及Pr为基础的关联式，关联式可以应用在fluent中以修正边界条件。关联式会因为物体形状不同而不同。比如，由球体周围流动而产生的热传递： 层流中的平板传热（热边界层） 上述的关联式取决于普朗特数（Pr）： 辐射换热 热辐射是通过电磁波发射的能量；强度取决于物体温度和表面特性；在高温下传热的重要方式。 辐射黑体黑体是一个完美的辐射体，并具有以下特点：吸收100%的入射辐射（α = 1）；反射和传输无入射辐射（ρ = τ = 0）黑体发出的能量服从斯蒂芬-玻尔兹曼定律： 表示斯蒂芬-玻耳兹曼常数，5.67037x10-8 辐射灰体一般来说，真实的物体比黑体发出的辐射更少 灰色体的发射率和吸收率相等考虑一个温度 、表面积 的物向周围环境温度为 d发出的辐射。物体和它的容器都会发出热辐射。净热传递是从较热的物体传递到较冷的物体： 在什么情况下需要考虑热辐射：辐射传热在燃烧等高温应用中具有重要作用；辐射性质可以强烈地依赖于化学成分，特别是二氧化碳，水；辐射传热方程很难明确地求解（除了简单的构型）-必须依赖于计算方法；当辐射传热与传导或对流引起的传热相比较大时，应始终考虑辐射： 来源：BB学长