热分析 — 强制对流 — 文章目录
强制对流处理由风扇或泵驱动的流动带来的传热。实务的中心是“如何估算换热系数h”，以无量纲数表示的关联式（Nu=f(Re,Pr)）作为长年实验积累已经相当完备。即使在CFD普及的今天，关联式仍在三方面发挥作用：初步估算、检查CFD结果是否合理，以及归纳为一维热路。
其中三篇分别讲解：《Dittus-Boelter相关式》中管内湍流传热最常用的关联式（包括适用范围和约±25%精度的局限）；《圆柱横掠强制对流》中外部流动的代表问题（Churchill-Bernstein关联式与分离的影响）；《针翅阵列传热》中散热器设计的实务（针翅排列和旁通流的影响）。也可以当作“关联式与CFD结果相差很大时应首先怀疑什么”的实务检查清单来读。
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- 紧凑式换热器
用Manglik-Bergles公式计算错位翅片（间距1.5 mm、高6 mm、长3 mm）。雷诺数1000时换热系数161 W/m²K，是同间距平行平板的2.1倍，3000时为3.9倍， - 圆柱横掠强制对流
以外径25 mm、表面80 ℃的管道和20 ℃空气为例，讲解横掠圆柱的换热。Churchill-Bernstein、Hilpert、Zukauskas三个关联式相差10～13%； - Dittus-Boelter相关式 — 管内湍流传热基础式
Dittus-Boelert相关式管内湍流传热计算基础。热交换器设计、CFD验证必备。Re数Pr数计算传热系数方法。 - 助走区间效应
管内流动的入口段：流动入口段与热入口段 L_h = 0.05 Re D、L_t = 0.05 Re Pr D，局部Nusselt数为何在进口最高并衰减到 Nu = 3.66， - 平板强制对流
平板外部强制对流从理论到实务：速度与温度边界层及Pr数的作用、Blasius层流解Nu=0.332Re^1/2·Pr^1/3、湍流式与混合平均式、空气10m/s下手算得出h≈17W/m²K的实例、CFD中y+与壁面处理的… - Gnielinski相关式
Gnielinski相关式的热传达系数计算方法和精度验证。管内流动传热数值解析及与Dittus-Boelter式的比较。 - 冲击喷流冷却（Jet Impingement Heat Transfer）
冲击喷流冷却（Jet Impingement）的CFD解析体系讲解。Martin相关式局部Nu数预测、喷流雷诺数Re_j的定义、H/d比最优范围、阵列喷流的横流对策、SST k-ω湍流模型选择依据与实务网格策略完整介绍。 - 微流道冷却
用层流传热和压降关系式讲解用于半导体等高发热器件的微通道冷却。水力直径从1 mm减小到50 μm，换热系数提高20倍（2.2→43 kW/(m²·K)），而同流速下压降增大400倍； - 针翅阵列传热
计算直径2 mm、高15 mm、间距4 mm排成10×10的针翅被5 m/s空气冷却。按Zukauskas管束公式，换热系数顺排275 W/m²K、叉排288 W/m²K。铝制时翅片效率0.83，散热量103 W， - Sieder-Tate相关式
管内湍流强制对流的Sieder-Tate关联式：(μ_b/μ_w)^0.14粘度比修正项的作用、壁温未知时的迭代步骤、加热与冷却相差四成的机械油算例、与Gnielinski／Dittus-Boelter之间的选式方针， - 球体外部强制对流
用Whitaker和Ranz-Marshall公式比较球体强制对流换热。Re = 1000附近两者相差4%，Re = 7万时Ranz-Marshall低22%。直径10 mm钢球在5 m/s空气中从300℃冷却到50℃， - 湍流传热建模
用van Driest混合长模型和湍流普朗特数求解管内充分发展湍流，与Gnielinski公式比较。Re = 5×10⁴时空气（Pr 0.7）+5%，水（Pr 7）+4%，Pr 50为−1%，吻合良好。