有限元理论基础：耦合传热之热对流

    热对流是指热量通过流体（液体或气体）的宏观运动来传递的过程。与热传导不同，热对流涉及流体的宏观流动，热量通过流体的循环运动从高温区域传递到低温区域  。

二、热对流速率公式

    热对流可以分为自然对流和强迫对流两种类型：

• 自然对流：由温度差异引起的流体密度变化而产生的流动。例如，当流体底部被加热时，热的流体密度减小而上升，冷的流体密度增大而下沉，形成循环流动  。
• 强迫对流：由外部力量（如风扇、泵）驱动的流体流动。例如，使用风扇或泵来加速流体的运动，从而提高热量传递的效率  。

    在工程实践中，热对流的速率很大程度上取决于流体的速度和流体的性质。流体的热对流速率可以通过牛顿冷却定律来描述：  其中：

•     是对流换热量，
•     是对流换热系数，
•     是换热面积，
•     是固体表面温度，
•     是流体温度 。

三、热对流的应用场景

• 暖通空调：暖气片通过加热房间内的空气，使热空气上升，冷空气下降，形成对流循环，从而使整个房间变暖 。
• 工业散热：在电子设备散热中，通过风扇强制对流带走热量，提高散热效率 。
• 气象学：大气中的热对流影响着天气的变化和气候的形成 。
• 热交换器：在工业生产中，热交换器利用热对流原理实现热量的高效传递 。