浮力 — CAE用语解说
浮力
老师，浮力就是阿基米德原理吧？CFD中也要计算浮力吗？
要的。阿基米德浮力（$F = \rho g V$）是静止流体的问题，但在CFD中我们处理流动中由密度差引起的"浮力驱动对流"。例如空气受热时密度降低而上升——这就是自然对流，浮力是其驱动力。电子设备自然冷却设计中经常出现。
CFD中如何模型化浮力？它在方程中出现吗？
浮力项出现在Navier-Stokes方程的动量方程中。最常用的是Boussinesq近似（布西涅斯克近似）：
其中$\beta$是体膨胀系数，$T_0$是参考温度。这是一个线性近似，只用温度差来表示密度变化，计算成本较低。
Boussinesq近似何时不适用？
在大温度差（超过100℃）或密度变化剧烈的情况下不适用。例如燃烧场（数千℃的变化）或液化气（LNG）蒸发中，密度变化太大，Boussinesq近似不成立。在这些情况下需要采用"可变密度流动（variable density flow）"方法，将流体作为可压缩流体完全求解。
浮力与Grashof数的关系是什么？
Grashof数$Gr = g\beta \Delta T L^3 / \nu^2$表示"浮力与粘性力的比"，是自然对流强度的无量纲指标。$Gr \times Pr = Ra$（Rayleigh数）。当$Ra > 10^4$左右时，自然对流变得显著。在评估电子设备机箱在无风扇条件下的冷却能力时，可以从Gr数或Ra数的粗略估计开始，然后用CFD进行详细验证。
请告诉我相关术语。
浮力是自然对流的驱动力，用Boussinesq近似融入CFD——这是电子冷却设计的基础呢！
完全正确。在智能手机和数据中心服务器的设计中，"在多大发热量下自然对流仍能满足冷却需求"的评估，通常从Ra数的粗略计算开始，然后用CFD进行详细验证。这是实践中的标准流程。
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