Fluent对流换热计算详解
在日常生活和实际工程中，对流换热是普遍发生的热量传递途径之一，夏天天气炎热使用电风扇和空调进行纳凉，就是冷热空气与固体表面进行对流换热的实际过程。对流换热是一种非常复杂的物理现象。它的热流速率方程即牛顿冷却公式。对流换热问题的求解归 根结底围绕着如何得到各种不同情况下的表面传热系数，它有局部值和平均值之分。
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。3.Fluent求解对流换热系数基本过程
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。Fluent可以解决如下对流换热问题
获赞 1161粉丝 21655文章 188课程 69
