牛顿冷却定律 — CAE术语解说

牛顿冷却定律为q=h(T_s-T_∞)，表面热流量q与热传递系数h[W/(m²K)]、表面温度T_s与周围温度T_∞的差成正比。在CAE热分析中设置对流边界条件时使用的基本公式。

自然对流时h≈5～25、强制空冷时h≈25～250、水冷时h≈500～10,000（全部单位为W/(m²K)）。精确数值需要用努塞尔特数Nu的相关式（如丘吉尔-伯恩斯坦式）计算，或者用CFD直接求解。

在有限元法热分析中，在表面设置h×(T-T_∞)形式的对流边界条件。不需要CFD，就能简易地评估放热，适合设计初期的筛选。h=10W/(m²K)可估算自然空冷，h=50可估算强制空冷。

牛顿冷却定律的局限性在于假设h为常数。实际现象中，h因流动冲击方式而异（流动直接冲击处h高，滞止点h低）。当零件局部温度分布对设计很重要时，仅用本定律进行简易分析是不够的。此时需要用CFD的共轭传热（CHT）方法，直接耦合求解温度场和流场才更准确。

空冷h=10、水冷h=1000，这两个数值记住就能掌握量级感觉了。