默认值为钢块(自然对流 h = 100 W/m²·K,k = 50 W/m·K,L_c = 25 mm,α = 13 × 10⁻⁶ m²/s)。ρc_p = k / α 由程序内部计算。判据:Bi < 0.1(集中热容)、0.1 ≤ Bi ≤ 10(分布解析)、Bi > 10(表面集中近似)。
固体(球)断面以颜色梯度表示温度/Bi 越小颜色越均匀(lumped 近似)/Bi 越大中心与表面颜色差越显著/箭头表示外部对流 h 与内部导热 k,二者比值即 Bi。
横轴=Bi(对数,0.01〜100)/纵轴=无量纲残差 ε = T/T_0 at t = τ/绿=集中热容区域(Bi<0.1)/黄=分布解析区域(0.1<Bi<10)/红=表面集中区域(Bi>10)/黄竖线=当前 Bi。
在瞬态传热中,毕奥数决定固体内部是否可视为温度均匀。
毕奥数(内部 vs 表面阻力之比):
$$\mathrm{Bi} = \frac{h\,L_c}{k}$$集中热容模型的时间常数(ρc_p = k / α):
$$\tau = \frac{\rho c_p\,V}{h\,A_s} = \frac{\rho c_p\,L_c}{h} = \frac{k\,L_c}{h\,\alpha}$$傅里叶数(无量纲时间):
$$\mathrm{Fo} = \frac{\alpha\,t}{L_c^{\,2}}$$集中热容模型的温度响应:
$$\frac{T(t)-T_\infty}{T_0-T_\infty}=\exp(-\mathrm{Bi}\cdot\mathrm{Fo})=\exp\!\left(-\frac{t}{\tau}\right)$$$h$ 为对流换热系数 [W/m²·K]、$k$ 为固体导热系数 [W/m·K]、$L_c = V/A_s$ 为特征长度 [m]、$\alpha = k/(\rho c_p)$ 为热扩散率 [m²/s]。判据:Bi < 0.1 集中热容、0.1 ≤ Bi ≤ 10 分布解析、Bi > 10 表面集中近似。