导热系数 vs 导温系数

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了传热学中比热、导热系数、密度对传热的影响，以及如何在CFD商用软件中实现导热过程。文章通过一个圆柱导热的计算实例，说明了相关参数对计算结果的影响。最后，文章对导热过程中及CFD计算中的时间步长等问题进行了说明，并展望了下期讨论内容。

本文说明了传热学中比热、导热系数、密度对传热的影响，以及在导热过程在CFD商用软件中如何实现的问题。

1      理论分析

首先，我们先理清"比热"，"导热系数"，"密度"以及由以上量推出的"导温系数"的概念。

密度，即单位体积内的质量，也就是物质包含质量的能力。比热，即变化一个单位的温度(1开尔文温度或者1摄氏度)所需要的能量，是物质存储能量能力的衡量。导热系数，即物质内传导能量的能力。因此，

导温系数=导热系数/(密度*比热)

从以上公式可以看出，对于大家比较关心的温度，不能仅仅依靠导热系数进行判断，而必须考虑密度和比热的影响。物质包含的质量越多，存储能量(留下的买路钱)越多，温度变化必然越小。因此，密度和比热对于温度传导来说都是负面效应，而导热系数则是正面效应。

知道这几个变量之间关系后，那么如何指导我们的CFD工作呢。

很多人在进行导热计算或者对流换热计算时时，经常遇到的问题是，要么很长时间温度没有变化，温度变化不够，要么温度很快就变化均匀了，不知道原因所在，很不能很好解决。尤其是一些流固耦合传热过程。

2      计算实例

以上例圆柱导热为例，模型(材料为铝)前端初始温度为200℃，其他面绝热，模型初始温度为20℃。计算这个模型的传热过程。

通过这个理论计算可知。整个计算过程大约在20s内完成，因此从瞬态计算的角度，应该取时间尺度为1-5s比较合适，这里取为1s。

整个计算过程的得到的中截面的温度分布视频如下。可以看出，整个传热过程的温度传递过程都可以看得比较清楚，因此，这里选定的时间步长是合适的。

另外，为了说明以上参数对计算结果的影响。这里进行了四组参数的对比计算。如下图所示：

可以看出，B1计算相比A1，导热系数增加了1-2倍；C1相对A1，比热增加了1倍；D1相对A1，密度增加了1倍。采用同样的计算方法，对计算模型后端的温度进行监控，获得其随时间变化的曲线。

A1计算结果

B1计算结果

C1计算结果

D1计算结果

这四张图深刻说明了，当相关参数变化之后，后端温度的随时间的变化情况。而且，后端温度的数值和变化，并不严格遵循计算公式中相关量的正反比关系，因为实际计算结果与实际几何模型，网格，后处理方法等都有关系，这里更多是一个定性的计算方法。

3      总结和展望

本部分对导热过程中及CFD计算中的时间步长等问题进行了说明，并用一组瞬态计算的实例说明相关因素的影响。下期将讨论某些稳态导热以及对流换热中的CFD计算应用算例及相关问题