如何计算平板几何的传热系数
在触及共轭传热的很多工程运用中（比方,换热器和散热器打算），传热系数的计划很紧急。咱们屡次经过关系性和阅历关系来肯定传热系数，以取得固体和流体之间的音信。在本篇文章中，咱们将议论并演示怎么应用COMSOL软件求解平板几多的传热系数。
甚么是传热系数？上面，让咱们以在加热壁或表面高贵动的流体为例，解说传热系数的寓意。流体中的传热紧要由对流管制。好像地，当滚动的流体(流经固体表面)有两种时，其紧要的传热方法也是对流，比方热换取器。在这两种情景下，传热速度均由温差和一个被称为传热系数的比例系数决计。传热系数声领会经过表面和流体之间某个域的灵验的传热速度。在数学上，传热系数也许提醒为壁上的热通量与壁和流体之间的温差之比。即(1)
个中，
是热通量，
是壁的温度，
是流体特性温度。流体特性温度也可于是分离壁的外部温度或管中的本质温度。当物体被无穷大要积的空气围困时，咱们假如分离物体的空气温度是一个恒定的已知值。在这类情景下计划的传热系数称为外部传热系数。凭借上述假如，假使咱们审慎视察近壁处（假使在y方位上界说了壁的厚度，而且y=0代表壁的表面/平面），那末很显然，壁面上的无滑移前提会造成一层阻滞的流体薄膜。是以，经过紧邻壁面的流体传热完满是依赖热传导举办的。传送的热量也许用下列数学公式（参考材料1）提醒：(2)
个中，
是流体的热导率，
是在流体入彀划的导数。分离方程（1）和（2），也许取得传热系数为：()
在COMSOLMultiphysics?入彀划传热系数
实践上，壁上的温度梯度很难丈量。此外，采取一种智能且计划成本低的懂得办法来了解壁上的传热相当紧急。是以，咱们一般首选应用非懂得的办法来计划传热系数。一种罕用的办法是应用由无穷纲的努塞尔数界说的对流关系性。这些关系性实用于各类情景，包罗果然对流和强逼对流以及内部和外部滚动，并能加紧取得成果。不过，此办法只可用于准则的几多形态，比方水准和笔直的壁、圆柱体和球体。当触及繁杂形态时，咱们也许经过摹拟共轭传热局面来计划传热系数。目前咱们议论两种不同的情景和办法：应用下列办法计划准则几多（如水准板）中的传热系数：共轭传热懂得对流关系性；即，不思索滚动计划不准则/繁杂几多形态（如涟漪板）中的传热系数留意，由于传热系数取决于速度，因而流态是紧急的思索成分。在下列两种情景中，比方鼓风机系统或电子芯片冷却配置中的加紧滚动，都须要思索实践情景。这声明有须要将传热与湍流举办耦合建模。示例1：强逼对流和流过水准板的流体以摹拟流经长度为5m的水准平板为例，该平板遭到恒定且平均的10W/m2的热通量。将板安插在平衡速度为0.5m/s，温度为28K的气流中。下图为描摹该题目的示妄念，别离包罗动量界线层（比方，）和热界线层（
）的速度和温度场。
经过水准平板的层流（顶部）和湍流（底部）的示妄念。
共轭传热懂得咱们也许应用COMSOLMultiphysics中的共轭传热接口取得数值解，该接口耦合了流体滚动和传热局面。在空气域入彀划速度场和压力，在板和空气域入彀划温度。下图显示了板和流体内部的温度散布。在从壁到板上方2cm的域中也许看到在流体域内部造成的热界线层和动量界线层。温度散布（表面图），11°C时的等温线（红线）和速度场（箭头），解说了接近板表面的热界线层和动量界线层（各向异性轴比例）。凭借仿真成果，也许应用响应的预界说后管教变量计划热通量。除以温差取得传热系数（等式）。经过共轭传热懂得取得的沿板传热系数将鄙人一节的图中绘制。基于努塞尔数关系性的传热系数咱们应用文件中供应的经过平板的强逼对流的努塞尔数关系性（比方，参考文件1）。在该办法中，求解的是雷同的模子但无须要解滚动，而是应用传热关系性。计划域被束缚在固体（板）内，应用热通量界线前提界说从热板到冷流体的热斲丧。下列图所示，该界线前提包罗一个应用预界说的努塞尔数关系性界说传热系数的选项。请留意，此关系性是在COMSOLMultiphysics中预界说的。配置热通量界线前提。仅应用这类办法，就也许计划板中的温度散布。凭借在热通量界线前提中界说的传热系数，咱们也许计划板表面的热通量，
。计划传热系数采取上述两种办法，均也许计划沿平板的传热系数。下图对照了应用两种办法计划的传热系数。
应用共轭传热仿真（蓝线）和努塞尔关系性（绿线）计划的沿平板的传热系数的对照。
咱们也许看到，从努塞尔数关系性取得的值与从统统共轭传热摹拟取得的值特别相符。在这两种情景下，单元厚度壁上的热通量别离为：努塞尔数关系性：50W/m共轭传热：88W/m关于某些计划，基于努塞尔数关系性的办法也许明确的猜测热通量。接下来，咱们研讨一种不准则形态的情景。在这类情景下，努塞尔数关系性阻挡易取得，惟一可行的办法是举办共轭传热仿真。示例2：流经涟漪水准板的流体接下来，以与第一种情景前提好像，惟一的差别是上表面是涟漪状的板为例。下图为描摹该题目的示妄念。在此模子中，仅在模子几多的一个部份思索了板平面的涟漪，此外部份为平板。流经水准板的示妄念。
图中，接近壁的流场具备提升传热速度的回流区。鄙人图中，咱们也许看到温度散布和速度流线。温度散布（摄氏度，表面）和速度场（流线）。下方左图显示了沿涟漪板长度的传热系数。关于海浪形板的几多形态，传热系数取决于温度场、速度场和涟漪的几多参数（比方高度）。是以，优下方右图，咱们也许发觉与平板比拟增大的传热系数。沿涟漪板（上）和沿平板（下）的传热系数。关于包罗涟漪表面的繁杂几多形态，共轭传热办法的计划成本或者很高，因而须要寻觅替换办法。一个很好的好像办法是：咱们也许假如表面无涟漪来升高几多繁杂度，并从涟漪板的几多形态推测出传热系数，同时思索诸如涟漪高度、流速场和表面温度改变等几多参数。为了考证成果，咱们以一个简略的情景为例，个中传热系数是在涟漪板几多形态的一切速度场入彀划的。由该数据可猎取平衡传热系数，并可扩大用于平板几多模子。为了了解这类好像的灵验性，咱们也许研讨表面的总热斲丧或从包罗滚动的仿真中取得传热系数。论断在本篇文章中，咱们讲解了应用两种办法计划传热系数的示例。有了共轭传热成果，咱们就也许应用COMSOLMultiphysics中供应的内置热通质变量。应用带有努塞尔数关系性的热通量界线前提，咱们也许摹拟触及简略形态的题目。此外，咱们还议论了怎么升高几多繁杂度以取得繁杂几多形态的传热系数。接下来，你也许本身试验下列教程案例中议论的办法：保温瓶的果然对流冷却平板上的非等温湍流圆管中的非等温层流参考A.Bejanetal.,HeatTransferHandbook,JohnWileySons,.
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