导读:介绍传热三种基本方式:导热、对流、辐射。
传导是通过分子相互作用进行的热传递。
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。
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),
对流传热是流体运动的结果
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。
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。
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:
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:
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):
黑体是一个完美的辐射体,并具有以下特点:
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
一般来说,真实的物体比黑体发出的辐射更少
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: