对流传热 — CAE用语解说

这正是热分析中最困难的地方。h（热传递系数，W/(m^2K)）是涉及流体速度、粘性、密度、热导率的量，要从分析上求得需使用热传递相关式（Nu = f(Re, Pr)形式的Nusselt数相关）。例如圆管内湍流的Dittus-Boelter式是Nu = 0.023 Re^0.8 Pr^0.4，从Re（雷诺数）和Pr（普兰特尔数）求得Nu，然后用h = Nu * k / L换算。这个相关式能适用的条件（Re范围形状）之外精度就会下降。

驱动力不同。强制对流是通过泵或风扇使流体流动——电子设备的冷却风扇、汽车散热器、空调压缩机。自然对流（浮力对流）的驱动力是温度差引起的密度差，不施加外部流动——电路板进行空冷时周围空气受热上升就是这个现象。自然对流的h值比强制对流小得多（自然对流：h = 5〜25 W/(m^2K)、强制空冷：25〜250、水冷：1000〜15000）。"冷却不足"时首先要确认是否过度依赖自然对流。

方便但有局限性。h本来是依赖于流体状态（速度温度）的量，在表面内会发生变化。例如流入侧的h较大，而下游边界层发展的地方h较小。如果使用固定值h，就是"用平均值均一化全表面"的近似。更精确的做法是①通过单独的CFD分析求得h分布然后映射到FEM（流体-结构耦合的一种形式），或者②进行CHT（共轭传热）分析同时求解流体和固体。在设计初期用固定值h，精密评估时用CHT，这样区分比较常见。

Nu = h*L/k是定义，所以是相比仅由流体热导率进行热传递的情况下"对流增强热传递多少倍"的倍数。Nu=1表示没有对流贡献，和静止流体的纯热传导一样。Nu=100表示对流使热传递快100倍。在薄平板自然对流较弱的情况下Nu = 5〜10左右，但在强制对流湍流下Nu = 数百〜数千。看这个数字能够直观地检查h，这样热分析的精度判断就能大幅简化。