对流传热系数 — CAE术语解说

h 由 q = h(Ts - T∞) 这个公式决定表面的热流密度 q（Ts 是表面温度，T∞ 是流体温度）。在FEM热分析中，只对固体进行建模，并在面上给定对流边界条件中的 h 和 T∞。空冷的自然对流时 h = 5～25 W/m²K，强制空冷时 h = 25～250，水冷时 h = 500～10000 W/m²K 是参考值。电子设备的初期热设计中，通常使用经验值的 h，但如果需要精度，则采用用CFD求解流场，获得局部h值，然后传递给FEM的过程是标准做法。

通过相关式 Nu = f(Re, Pr) 计算Nusselt数，然后用 h = Nu × k/L（k：流体热导率，L：代表长度）求出 h。例如，管内强制对流的Dittus-Boelter式：Nu = 0.023Re^0.8Pr^n 是最常用的相关式之一。在CAE中，这被用作边界条件的输入值。但相关式有适用条件（Re范围、形状），超出范围会产生较大误差。对于复杂形状或流动尚未完全发展的入口区域，直接用CFD-CHT求解比用相关式更安全。

会变化。在自然对流中，由于流体的粘度和热膨胀系数随温度变化，h也成为温度的函数。在FEM中，可以将温度相关的h表（h与T的关系）定义为边界条件，通过反复更新逐步求得收敛解，这就成为非线性热分析。Abaqus的Film Condition功能支持这一点。在实际应用中，为了保持计算稳定，同时考虑复杂的温度依赖性，常常在温度范围内使用代表值作为常数h的近似——"需要追求多少精度"这样的判断是对设计人员的要求。

鳍片形状和流速至关重要。鳍片的宽高比、鳍片间距、表面积——通过优化这些参数可以最大化h。但流路阻力增大会导致风量减少，这是一个折衷。实际应用中，当鳍片间流速过高时，压力损失ΔP会增大，导致风扇工作点偏移。使用Fluent的CHT分析或FloTHERM这样的专用热流体工具进行鳍片形状的参数化研究是最有效的方法，找到同时满足热阻Rth（最小）和压力损失ΔP（在允许范围内）的设计点。