Nusselt数 — CAE用語解説

ざっくり言うと「対流がどれくらい熱を運んでくれるか」を表す無次元数だ。定義式は Nu = hL/k で、hが熱伝達係数、Lが代表長さ、kが流体の熱伝導率。Nu=1なら熱伝導だけで運んでるのと同じ、Nu=100ならその100倍効率よく対流で熱が移動してるってイメージだ。

CFDで壁面の温度勾配を計算すれば局所的なNu数が求まる。例えば電子基板の冷却設計で、ICチップ周りのNu数分布を見ると「ここは対流が弱くて熱がこもってるな」とか一目で分かる。設計変更の効果を定量的に比較するのに便利だよ。

大あり。経験的な相関式では Nu = f(Re, Pr) の形で表されることが多い。有名なのは円管内の乱流に対するDittus-Boelter式で、Nu = 0.023 Re^{0.8} Pr^{0.4} だ。Re数が大きい（流速が速い）ほど、Pr数が大きい（水のように熱拡散が遅い流体）ほど、Nu数は大きくなる。

まさにそれが定番の検証手法だ。まず単純な形状（平板や円管）でCFDのNu数と相関式を比べて、メッシュや乱流モデルの妥当性を確認する。これが合ってないと、複雑な形状での結果も信頼できないからね。

その理解でOKだよ。注意点としては、代表長さLの取り方で値が変わるから、論文やレポートで比較するときは必ずLの定義を揃えること。ここを間違えると桁が違ってくることもあるから気をつけてね。