對流換熱系數優化的案例
star-ccm+管內換熱知識之關于對流換熱系數的解釋
對流換熱是指發生于運動流體和固體壁面之間的熱交換現象。
對流換熱強度由牛頓冷卻定律來確定：
qs=h(T。-Trer)(1)
式中，qs為熱流密度，h為對流換熱系數，T為固體壁面溫度，Trer為運動流體的特征溫度(參考溫度)。
在上述公式中，熱流密度和溫差之間呈現一個簡單的線性關系，但是，在真實的對流換熱中，由于壁面處的流動處處不同，造成q和h在壁面的分布也不相同。更為重要的是，對流換熱系數的定義必須依賴于給定的參考溫度，因此，對于相同的熱流密度來說，存在多種對流換熱系數和參考溫度的組合。
傳統上，換熱系數數據來源于實驗。但是，邊界層理論(位于表面附近的流體層，其中粘度和導熱的影響占主導地位)的發展使得我們能夠用分析的方法計算對流換熱系數。因此，在STAR-CCM中，使用邊界層理論來計算對流換熱系數。因此，在 STAR-CCM+中，模擬對流換熱系數的概念核心來源于標準壁面函數( standard wall！function，SWF)，熱流密度的公式為
公式中的參數解釋如下：
聯立公式(1)和(2)即可求得對流換熱系數。對流換熱系數總是與參考溫度成對出現的，不能只說對流換熱系數而不說明參考溫度。標準壁面函數(SWF)是一組半經驗函數，用于描述近壁區域(邊界層)中的流動現象。該模型使用層流/湍流 Randt數、無量綱近壁面速度、湍流能量來描述T和α
在本節中，我們討論關于準確使用SWF和上述內置后處理傳熱系數的建議，但重申STAR-CCM+總是使用公式(2)來求解表面局部熱通量。這個表達式體現了重要的邊界層概念，
用戶需要遵循建議以確保其正確應用該模型。
展開 對流換熱系數
對流換熱系數表征了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。
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)。
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.
展開 Tips--FloTherm查看對流換熱系數
Flotherm軟件可根據定義邊界條件，計算表面對流換熱，具體查看方法：
在后處理Table中的Geometry模塊，然后勾選Solid Conductors，在其中的Cuboid Fluxes就能看查看關注對象的對流換熱系數。
Spring-ICE 結冰算法述評-（5）對流換熱系數計算
1 對流換熱系數是個啥
我們都知道，換熱有三種方式：熱對流、熱傳導和熱輻射。對流換熱系數，顧名思義就是表征熱對流方式中，流體和固體間傳熱能力的一個值。說是系數，它可不是無量綱的。
對流換熱系數在結冰里能干啥呢？看一看結冰能量方程就會發現，對流換熱系數在摩擦、蒸發、升華等各個項里都起作用。一言以蔽之，對流換熱系數在結冰里是用來求解能量方程的。
2 對流換熱系數怎么算？
我們前面還提到，要調研分析，總結共性和異性。這里我們就來做一做。
總的來說，對流換熱系數的計算可以分成兩類辦法，一類是簡單明了，帶有經驗性質的。另一類是復雜玄幻，同樣帶有經驗性質的。
簡單的
復雜的
仔細研究就能發現，這個簡單的辦法，沒有復雜的公式嵌套和微積分運算。這個復雜的就是公式套公式，積分又積分
我們多數人都有這樣的幻覺，仿佛越復雜精密的理論出來的結果就會越準。我自己在做這個部分的時候，開始也是如此想。
但是一旦去使用那個復雜方法就會發現問題很多，很多地方不明確，出來的結果很怪異。看似精密，其實我研究過的文獻都沒把這個事情講清楚，甚至連一些關鍵參數，大家用的還有差別。
后來我決定，拿LEWICE的換熱系數結果和這兩個方法比比，看看究竟如何。
結論是：兩個都不準！！要非說誰好一點，還是那個簡單方法更好一點。
展開 
仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數仿真估算
優化目標：MinimizeX
設計變量：X={x1,x2, x3, x4,x5, x6, x7,x8, x9, x10}
式中：x1~x10是將放電深度分為10個區間下的對流換熱系數。
4.2 電池計算模型確定
在模擬恒溫環境下鋰離子電池不同放電情況下的熱場時，需將電池置于一個較大的空氣域區間，該空氣域區間是100 mm×100 mm×200 mm。圖7(a)為鋰電池幾何計算模型，包含正極、負極、內核、空氣域，采用自動網格劃分，電池區域進行網格細化處理，所得有限元網格細化模型如圖7(b)所示，網格單元有267 726個。仿真通過ANSYS中Fluent軟件進行瞬態求解，模擬環境溫度均設置為27 ℃，求解采用SIMPLE算法。
4.3 結果分析
為了驗證仿真模型的可靠性，需要對仿真數據結果與實驗數據進行對比分析：
(1)由圖8可以看出，實測溫度曲線與仿真溫度曲線基本一致，不同放電電流下的誤差均在1 ℃以下，最高絕對誤差只有0.659 4 ℃，誤差精度均小于5%，符合目標設定要求；
(2)從表2中數據可知，對流換熱系數隨著放電深度的增大而增加；放電電流越大，對流換熱系數增加速率呈上升趨勢。
當放電深度小于0.3時，電流3 A的對流換熱系數明顯高于4和5 A。這是由于放電初始，電池表面溫度與環境溫度差值最小，通過式(9)可以看出對流換熱系數與溫度差呈負相關；
因此在放電初始，放電倍率越高，對流換熱系數反而越低，而隨著放電時間的增加，電池由原來的吸熱轉變為放熱狀態，熱量散發加劇，與周邊對流熱交換增高。
展開 （熱傳導的）對流系數
自由空氣和壓縮空氣的對流系數范圍列于下表：
Mode
Btu/sec/in2/F
N/sec/mm/C
Free air convection
1.93x10-6 - 9.645x10-6
5x10-3 - 25x10-3
Forced air convection
3.86x10-6 - 192.9x10-6
10x10-3 - 500x10-3
The equation for convection heat transfer is:
對流熱傳導方程：
qc = ACnvcof(Ts-Etemp)
where
這里
qc heat transfer associated with convection
qc 與對流對應的熱傳導量
A convection heat transfer area
A 對流熱傳導面積
Cnvcof convection coefficient
Cnvcof 對流系數
Ts surface temperature
Ts 表面溫度
Etemp environmental temperature
Etemp 環境溫度
Applicable simulation types: Heat Transfer
適用的模擬類型：熱傳導
Non-Isothermal Deformation
非等溫變形
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Keywords: ENVTMP
關鍵字：ENVTMP
展開 波紋板的對流換熱數值仿真 ￥800
波紋板是一種具有波浪狀結構的金屬板，在對流換熱中具有重要的應用。波紋板的波浪狀形態可以增加其表面積，提高熱傳導效率和對流換熱效果。本案例建立了一簡化二維模型，基于COMSOL軟件的熱-流耦合相關模塊，數值仿真得到對流換熱后的溫度場和速度場分布，如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
【AICFD案例教程】IGBT對流換熱分析
AICFD是由天洑軟件自主研發的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對功率模塊進行流熱固耦合仿真。
① 模型簡化：選取整個模型1/6，基板下側增加水冷盤管和水路；
② 載荷：考慮芯片(每塊體積為25.35 mm^3)的產生的焦耳熱，總功耗均分到每個芯片中，施加體積熱源。案例最后可查看溫度分布和速度流線圖。
③ 邊界條件：水側對流換熱，入口速度8m/s。
2）網格
一階四面體網格，單元數8779036，節點數2233260。
圖1-1 網格模型
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設置湍流模型。本案例為穩態計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standardk-epsilon模型。
展開 基于comsol的多隔層對流換熱
基于comsol的多隔層對流換熱
傳熱計算-空腔自然對流換熱 ￥10
內部介質為空氣，在溫度影響下產生自然對流。
圖 1 幾何模型
2 劃分網格
上下邊界劃分300個節點，左右邊界劃分30個節點，共生成9000個四邊形網格。
邊界命名
3 設置邊界條件
設置重力加速度為-9.81m/s2，添加空氣相關參數。
原文檔在附件里，自行下載。
★☆♂熱分析----關于流體的對流系數的確定！
★☆♂熱分析----關于流體的對流系數的確定！
風
水
油
霧
他們的對流系數怎么確定？
歡迎大家提出好的方法
換熱器的傳熱系數
改交流體的物性
流體的物性對對流換熱系數有較大的影響，一般導熱系數與容積比熱較大的流體，其換熱系數也較大。例如冷卻設備中用水冷比風冷的體積可減小很多，因為空氣與壁面間的α值在1～60 W/(m2·℃)范圍內，而水與壁面間的α值在200～12000 W/(m2·℃)范圍內。改變流體某些性能的另一種方法是在流體內加入一些添加劑，這是近二三十年來形成的添加劑強化傳熱研究的新課題。添加劑可以是固體或液體，它與換熱流體組合成氣-固、液-固、汽-液以及液-液混合流動系統。
改交換熱表面情況
換熱表面的性質、形狀、大小都對對流換熱系數有很大影響，通常可通過以下方法增強傳熱：
(1)增加壁面粗糙度
增加壁面粗糙度不僅有利于管內受迫流動換熱，也有利于沸騰和凝結換熱及管外受迫流動換熱。同樣的粗糙度在不同流動及換熱條件下，對傳熱效果的影響是不同的。增加粗糙度也會帶來流動阻力的增加，在工業應用中應予考慮。
(2)改變換熱面形狀和大小
為了增大對流換熱系數，亦可采用各種異形管和表面開槽等，如橢圓管、螺旋管、波紋管、變截面管及縱槽管等。橢圓管在相同截面積下當量直徑小于圓管，故換熱系數大。其他異形管除傳熱面積略有增大外，由于表面形狀的變化，流體在流動中將會不斷改變方向和速度，促使湍流程度加強，邊界層厚度減薄，故能加強傳熱。對低肋螺紋管，在凝結換熱時還具有減薄冷凝膜的作用，對于有機工質的冷凝（氟利昂等）用低肋螺紋管很有利。在低肋管基礎上發展而成的微細肋管，則更有利于氟利昂等低沸點有機介質的冷凝換熱，如日本的C管，我國的DAC管。對于垂直凝結時，如使用縱槽管，則由于液體的表面張力把波峰處凝液拉入波谷，在波峰處形成極薄凝液膜，而波谷又排泄凝液，故使凝結換熱強化。
展開 Solidcast——等效換熱系數計算工具
Solidcast——等效換熱系數計算工具
「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對流換熱二維瞬態分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進行固體圓柱自然對流換熱二維瞬態CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導入ANSYS Mesh進行網格劃分，并進行命名邊界條件，然后利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于2D、瞬態求解。
一
案例模型
二
Workbench設置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開Geometry。
模型建立完畢，轉入ANSYS Mesh，網格劃分。
三
Fluent設置
▼ 打開Fluent登錄界面進行設置。
展開 如何提高換熱器的傳熱系數，你學會了嗎？
如果在流體中摻入磁鐵粉，則即使在較大的Re數下，磁場也能對換熱起強化作用。如，在水或油中摻入磁鐵粉，在磁場的作用下，可使換熱系數提高50%以上。
改交流體的物性
流體的物性對對流換熱系數有較大的影響，一般導熱系數與容積比熱較大的流體，其換熱系數也較大。例如冷卻設備中用水冷比風冷的體積可減小很多，因為空氣與壁面間的α值在1～60 W/(m2·℃)范圍內，而水與壁面間的α值在200～12000 W/(m2·℃)范圍內。改變流體某些性能的另一種方法是在流體內加入一些添加劑，這是近二三十年來形成的添加劑強化傳熱研究的新課題。添加劑可以是固體或液體，它與換熱流體組合成氣-固、液-固、汽-液以及液-液混合流動系統。
改交換熱表面情況
換熱表面的性質、形狀、大小都對對流換熱系數有很大影響，通常可通過以下方法增強傳熱：
(1)增加壁面粗糙度
增加壁面粗糙度不僅有利于管內受迫流動換熱，也有利于沸騰和凝結換熱及管外受迫流動換熱。同樣的粗糙度在不同流動及換熱條件下，對傳熱效果的影響是不同的。增加粗糙度也會帶來流動阻力的增加，在工業應用中應予考慮。
(2)改變換熱面形狀和大小
為了增大對流換熱系數，亦可采用各種異形管和表面開槽等，如橢圓管、螺旋管、波紋管、變截面管及縱槽管等。橢圓管在相同截面積下當量直徑小于圓管，故換熱系數大。其他異形管除傳熱面積略有增大外，由于表面形狀的變化，流體在流動中將會不斷改變方向和速度，促使湍流程度加強，邊界層厚度減薄，故能加強傳熱。
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