Fluent对流换热理论全面解析

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。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。
 

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