熱對流的案例
水壺的傳熱分析（熱傳導+熱對流+熱輻射） ￥5
分享一個通過ABAQUS做的水壺的傳熱分析，包含熱傳遞的三種方式：熱傳導+熱對流+熱輻射。
方法教程來自于外網，附件是自己根據教程練習時建的cae模型，供參考。
熱傳導是熱能從高溫向低溫部分轉移的過程；熱對流是熱量通過流動介質傳遞的過程；熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象。
【材料】鋼/陶瓷
【網格】DC3D10
【接觸】
茶壺和蓋子之間的傳導
2.對流
3.熱輻射
【設置絕對零度+Stefan-Boltzmann常數】
【邊界條件】
【預定義溫度場】
【后處理】
展開 [Femap & Nastran培訓教程_23]管流與強迫熱對流
23章
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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 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 
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 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 XFlow實現內流場流固、固固之間的熱對流熱傳導
內流場的流固與固固之間熱傳導熱對流全網沒有相關案例。本案例首次實現。
（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
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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！
Tips--FloTherm查看對流換熱系數
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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。
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傳熱學中熱能傳遞的三種基本方式及研究方法 附傳熱學電子書籍下載
傳熱學與空氣動力學有著緊密的關系，了解傳熱學的相關知識有助于解決汽車空氣動力學中發動機冷卻、新能源汽車熱管理以及駕駛室空調性能優化等問題。下面分別介紹熱能傳遞的三種基本方式和傳熱學的研究方法。
一、熱能傳遞的三種基本方式
熱傳遞有三種基本方式，分別為熱傳導、熱對流和熱輻射。
1.熱傳導（heat conduction）
物體各部分之間不發生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動互相撞擊，使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程，叫做熱傳導，又稱導熱。物體或系統內的溫度差，是熱傳導的必要條件。熱傳導是固體中傳熱的主要方式，在不流動的液體或氣體層中逐層傳遞，在流動情況下常與熱對流同時發生。
熱傳導
熱傳導有如下幾個特點：
①必須有溫差
②物體直接接觸
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量，不發生宏觀的相對位移
④沒有能量形式之間的轉化
2.熱對流（heat convection）
熱對流，指流體的宏觀運動而引起的流體各部分之間發生相對位移，冷、熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞過程。熱對流僅能發生在流體中，而且由于流體中的分子同時在進行著不規則的熱運動，因而熱對流必然伴隨有熱傳導現象。熱對流有三種基本形式，分別是自然對流、強迫對流以及湍流。在工程應用上更注重的是流體流過一個物體表面時，流體與物體表面間的熱量傳遞過程，并將該過程稱為對流傳熱。
展開 CFD基礎課程系列: 第4章 熱的基本概念
圖4.4 自然對流和強制對流
一般對強制對流來說，由于風扇等的驅動，流體的慣性力比浮力的影響要大得多。在很多場合，浮力的影響可以忽略。而在自然對流和強制對流同時存在的場合，不能忽略浮力的作用，在計算中必須考慮浮力的影響。
4.4 熱的傳遞形態
有3種熱的傳遞形態：熱傳導，熱對流和輻射。如圖4.5所示房間的熱加溫，感覺地板下地熱的溫暖是熱傳導，從制熱空調的暖風感覺到的溫暖是熱對流，從身邊的電爐/火爐感覺到溫暖是輻射。以下對熱傳導，熱對流和輻射再做一些詳細說明。
圖4.5 熱的傳遞形態
4.4.1 熱傳導
物體內的溫度不均一時，由于構成物質的原子或者分子（金屬的話還包含自由電子）的運動，產生由高溫領域向低溫領域的熱傳遞（傳遞）。這種熱的傳遞形態稱為熱傳遞。
比如，如圖4.6所示，手拿灌滿熱茶的鐵罐時會感覺到燙，這是因為鐵罐里的茶和拿鐵罐的手之間存在溫度差，通過鐵罐，產生了熱傳導。
圖4.6 由熱傳導引起的熱傳遞
溫度差相同時，物質的熱傳導率越大由熱傳導傳遞的熱量就越多。
并且，熱傳導是物質不伴隨移動時發生的熱移動現象，不僅固體，氣體/液體等流體也可以發生。
4.4.2 熱對流
熱傳導時物質本身不移動發生熱的傳遞，流體流動時發生的熱傳送現象被稱為熱對流。熱對流比熱傳導能夠傳遞更多的熱。
比如，如圖4.7所示，注水的容器加熱時，加熱的容器與水接觸面附近熱是通過熱傳導來傳遞的。然后被加熱的水由于浮力上升產生對流，熱是通過流動被運送的。
圖4.7 熱對流引起的熱傳遞
固體表面與流體之間的熱對流傳遞量是由對流換熱數來表現的。
展開 基于comsol的多隔層對流換熱
基于comsol的多隔層對流換熱
涉及流固耦合（對流、輻射）的熱分析
材料性質：
固體：銅：導熱系數k=400，比熱c=400，密度8890。（單位：SI）
流體：空氣
3. 邊界條件
銅母線生熱率：12960w/m3
銅外殼生熱率：8909w/m3
銅外殼外側與空氣對流換熱：hc= 4w/(m2*K), T,ambient = 313 K
銅外殼外側的熱輻射率：emissivity=0.85
銅母線、銅外殼內側的熱輻射率均為 0.85
重力y軸負向：9.8
幾何圖形見下圖(單位：m)
4.附檔
4.a gambit網格
simwe_thermal_gambit_mesh.rar
4.b icemcfd project file
simwe_tube_icemcfd_project.rar
4.c icemcfd mesh for cfx
simwe_tube_icem10_mesh.rar
4.d ansys_mesh file
ansys_mesh file.rar
用openoffice calc, 簡單計算的資料
(上方是基本參數資料, 下左框是 for absorption =1, 下右框是 for absorption =0.85
在表中所設的管長是1.00 meter, 但是在icemcfd and ansys 網格中的管長是建為0.0025 meter的
根據熱平衡時, 所有銅管產生之熱, 必等於外表面散熱(radiation + convection)
可知合理的表皮溫度應在363(or 369)度附近
用omega Reynold stress turbulent model 的結果
K-e turbulent model 的結果
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