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导热系数 vs 导温系数

2月前浏览15436

本文摘要(由AI生成):

本文主要介绍了传热学中比热、导热系数、密度对传热的影响,以及如何在CFD商用软件中实现导热过程。文章通过一个圆柱导热的计算实例,说明了相关参数对计算结果的影响。最后,文章对导热过程中及CFD计算中的时间步长等问题进行了说明,并展望了下期讨论内容。

本文说明了传热学中比热、导热系数、密度对传热的影响,以及在导热过程在CFD商用软件中如何实现的问题。

1      理论分析

首先,我们先理清"比热","导热系数","密度"以及由以上量推出的"导温系数"的概念。

密度,即单位体积内的质量,也就是物质包含质量的能力。比热,即变化一个单位的温度(1开尔文温度或者1摄氏度)所需要的能量,是物质存储能量能力的衡量。导热系数,即物质内传导能量的能力。因此,

导温系数=导热系数/(密度*比热)

从以上公式可以看出,对于大家比较关心的温度,不能仅仅依靠导热系数进行判断,而必须考虑密度和比热的影响。物质包含的质量越多,存储能量(留下的买路钱)越多,温度变化必然越小。因此,密度和比热对于温度传导来说都是负面效应,而导热系数则是正面效应。

知道这几个变量之间关系后,那么如何指导我们的CFD工作呢。

很多人在进行导热计算或者对流换热计算时时,经常遇到的问题是,要么很长时间温度没有变化,温度变化不够,要么温度很快就变化均匀了,不知道原因所在,很不能很好解决。尤其是一些流固耦合传热过程。

2      计算实例

以上例圆柱导热为例,模型(材料为铝)前端初始温度为200℃,其他面绝热,模型初始温度为20℃。计算这个模型的传热过程。

通过这个理论计算可知。整个计算过程大约在20s内完成,因此从瞬态计算的角度,应该取时间尺度为1-5s比较合适,这里取为1s。

整个计算过程的得到的中截面的温度分布视频如下。可以看出,整个传热过程的温度传递过程都可以看得比较清楚,因此,这里选定的时间步长是合适的。

另外,为了说明以上参数对计算结果的影响。这里进行了四组参数的对比计算。如下图所示:

可以看出,B1计算相比A1,导热系数增加了1-2倍;C1相对A1,比热增加了1倍;D1相对A1,密度增加了1倍。采用同样的计算方法,对计算模型后端的温度进行监控,获得其随时间变化的曲线。

A1计算结果

B1计算结果

C1计算结果

D1计算结果

这四张图深刻说明了,当相关参数变化之后,后端温度的随时间的变化情况。而且,后端温度的数值和变化,并不严格遵循计算公式中相关量的正反比关系,因为实际计算结果与实际几何模型,网格,后处理方法等都有关系,这里更多是一个定性的计算方法。

3      总结和展望

本部分对导热过程中及CFD计算中的时间步长等问题进行了说明,并用一组瞬态计算的实例说明相关因素的影响。下期将讨论某些稳态导热以及对流换热中的CFD计算应用算例及相关问题

MeshingFluentCFXCFD-Post换热散热通用理论
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首次发布时间:2018-12-24
最近编辑:2月前
CAE惠老师
硕士 | 仿真工程师 愿在CAE的道路上与你同行,加油!
获赞 32粉丝 321文章 10课程 1
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3条评论
吉祥言言
签名征集中
7月前
这个面积0.002平方是指什么面积?
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溜溜
仿真路
4年前
收藏
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Coron
签名征集中
4年前
热扩散系数
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