有限元熱力學常見概念匯總

2016-12-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

Film Coefficient(對流換熱系數)

流體與固體表面之間的換熱能力,比如說,物體表面與附近空氣溫差1℃,單位時間單位面積上通過對流與附近空氣交換的熱量。單位為W/(m^2·℃)。表面對流換熱系數的數值與換熱過程中流體的物理性質、換熱表面的形狀、部位、表面與流體之間的溫差以及流體的流速等都有密切關系。物體表面附近的流體的流速愈大,其表面對流換熱系數也愈大。如人處在風速較大的環境中,由于皮膚表面的對流換熱系數較大,其散熱(或吸熱)量也較大。對流換熱系數可用經驗公式計算,通常用巴茲公式計算

1 詳細內容

對流傳熱系數也稱對流換熱系數。對流換熱系數的基本計算公式由牛頓于1701年提出,又稱牛頓冷卻定律。牛頓指出,流體與固體壁面之間對流傳熱的熱流與它們的溫度差成正比,即:

q = h*(tw-t∞)

Q = h*A*(tw-t∞)=q*A

式中:

q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內交換的熱量,稱作熱流密度,單位W/m^2;

tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度,單位K;

A為壁面面積,單位m^2;

Q為面積A上的傳熱熱量,單位W;

h稱為表面對流傳熱系數,單位W/(m^2.K)。

2 理論發展

對流換熱系數h的物理意義是:當流體與固體表面之間的溫度差為1K時, 1m*1m壁面面積在每秒所能傳遞的熱量。h的大小反映對流換熱的強弱。

如上所述,h與影響換熱過程的諸因素有關,并且可以在很大的范圍內變化,所以牛頓公式只能看作是傳熱系數的一個定義式。它既沒有揭示影響對流換熱的諸因素與h之間的內在聯系,也沒有給工程計算帶來任何實質性的簡化,只不過把問題的復雜性轉移到傳熱系數的確定上去了。因此,在工程傳熱計算中,主要的任務是計算h。計算傳熱系數的方法主要有實驗求解法、數學分析解法和數值分析解法。

影響對流傳熱強弱的主要因素有:

1. 對流運動成因和流動狀態;

2. 流體的物理性質(隨種類、溫度和壓力而變化);

3. 傳熱表面的形狀、尺寸和相對位置;

4. 流體有無相變(如氣態與液態之間的轉化)。

3、實例應用

在不同的情況下,傳熱強度會發生成倍直至成千倍的變化,所以對流換熱是一個受許多因素影響且其強度變化幅度又很大的復雜過程。

4、對流換熱系數的大致量級:

空氣自然對流 5 ~ 25

氣體強制對流 20 ~ 100

水的自然對流 200 ~1000

水的強制對流 1000 ~ 15000