有限元熱力學(xué)常見概念匯總

2016-12-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Film Coefficient(對(duì)流換熱系數(shù))

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(shí)間單位面積上通過對(duì)流與附近空氣交換的熱量。單位為W/(m^2·℃)。表面對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱過程中流體的物理性質(zhì)、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(guān)系。物體表面附近的流體的流速愈大,其表面對(duì)流換熱系數(shù)也愈大。如人處在風(fēng)速較大的環(huán)境中,由于皮膚表面的對(duì)流換熱系數(shù)較大,其散熱(或吸熱)量也較大。對(duì)流換熱系數(shù)可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,通常用巴茲公式計(jì)算

1 詳細(xì)內(nèi)容

對(duì)流傳熱系數(shù)也稱對(duì)流換熱系數(shù)。對(duì)流換熱系數(shù)的基本計(jì)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(duì)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(shí)間內(nèi)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(duì)流傳熱系數(shù),單位W/(m^2.K)。

2 理論發(fā)展

對(duì)流換熱系數(shù)h的物理意義是:當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1K時(shí), 1m*1m壁面面積在每秒所能傳遞的熱量。h的大小反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。

如上所述,h與影響換熱過程的諸因素有關(guān),并且可以在很大的范圍內(nèi)變化,所以牛頓公式只能看作是傳熱系數(shù)的一個(gè)定義式。它既沒有揭示影響對(duì)流換熱的諸因素與h之間的內(nèi)在聯(lián)系,也沒有給工程計(jì)算帶來任何實(shí)質(zhì)性的簡(jiǎn)化,只不過把問題的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到傳熱系數(shù)的確定上去了。因此,在工程傳熱計(jì)算中,主要的任務(wù)是計(jì)算h。計(jì)算傳熱系數(shù)的方法主要有實(shí)驗(yàn)求解法、數(shù)學(xué)分析解法和數(shù)值分析解法。

影響對(duì)流傳熱強(qiáng)弱的主要因素有:

1. 對(duì)流運(yùn)動(dòng)成因和流動(dòng)狀態(tài);

2. 流體的物理性質(zhì)(隨種類、溫度和壓力而變化);

3. 傳熱表面的形狀、尺寸和相對(duì)位置;

4. 流體有無相變(如氣態(tài)與液態(tài)之間的轉(zhuǎn)化)。

3、實(shí)例應(yīng)用

在不同的情況下,傳熱強(qiáng)度會(huì)發(fā)生成倍直至成千倍的變化,所以對(duì)流換熱是一個(gè)受許多因素影響且其強(qiáng)度變化幅度又很大的復(fù)雜過程。

4、對(duì)流換熱系數(shù)的大致量級(jí):

空氣自然對(duì)流 5 ~ 25

氣體強(qiáng)制對(duì)流 20 ~ 100

水的自然對(duì)流 200 ~1000

水的強(qiáng)制對(duì)流 1000 ~ 15000