傳熱/對流

對流

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對流

層流：由低雷諾數決定的平滑、不間斷的流動。牛頓流體的雷諾數定義為

$N_{Re}={\frac {Dv\rho }{\mu }}$

其中 D 是特徵直徑（例如圓柱形管道的直徑），v 是流體速度， $\rho$ 是密度， $\mu$ 是（動態）粘度。根據已知資訊，還有幾種其他寫法（基於體積流量、質量流量等）。如果雷諾數小於 2100，則圓柱形管道中的流動為層流。

在管道中的層流中，速度剖面是拋物線的；最大速度出現在中心，而管道壁的速度為零。

湍流：這種流動以隨機方向的運動為特徵，因此淨結果是所有流動都抵消，平均速度在管道中的任何地方都近似恆定。當雷諾數大於 4000 時，就會發生湍流。

過渡區域：在湍流和層流之間 ( $2100<N_{Re}<4000$ )，除了透過經驗實驗，我們不能說太多關於流動的資訊。模式通常不是線性的，但在該區域沒有明顯的模式。

除了雷諾數 $N_{Re}$ 外，在涉及對流的相關性中，還有幾個其他無量綱引數很重要。這些引數包括普朗特數、努塞爾數和格拉曉夫數。普朗特數是材料的三個特性的無量綱組合：熱容、粘度和熱導率

$N_{Pr}={\frac {C_{p}\mu }{k}}$

由於它是材料特性，因此普朗特數僅取決於材料所處的條件（溫度和壓力），而不取決於放置它的系統。

努塞爾數告訴我們對流與傳導相比的重要性。它的定義是

$N_{Nu}={\frac {hD}{k}}$

與普朗特數相比，努塞爾數涉及傳熱係數和特徵長度，這兩個引數都取決於所使用的系統型別，因此該數值必須針對每個系統單獨評估才能獲得最大精度（或者可以使用類似系統的估計值）。

最後，格拉曉夫數是一個無量綱引數，通常用於模擬自然對流（其中周圍流體相對靜止，除了非常靠近透過對流獲得或損失熱量的物體的地方）。該數值定義為

$N_{Gr}={\frac {L^{3}{\rho }^{2}g{\beta }{\Delta }T}{\mu ^{2}}}$

它被用在自然對流建模中，而不是雷諾數，因為周圍環境的流速不高，這與強制對流不同。

外部流動是指流過表面的流動。

封閉、空心、物體內部的流動。橫截面可以是圓形、矩形或任何形狀。

也稱為自然對流。源於接觸的兩種介質之間的溫差。