共轭传热、薄壁与接触热阻建模
说明流体对流与固体导热的耦合方式,比较显式固体域和薄壁模型,给出材料物性、接触热阻、接口网格和热平衡检查项。
共轭传热固体导热接触热阻薄壁热平衡工程
共轭传热、薄壁与接触热阻建模
共轭传热同时求解流体能量和固体导热,接口满足温度与热流耦合。它适合壁温未知、固体内部导热影响明显的设备。
1. 建模选择
厚实体或内部温度梯度重要时建立固体域;厚度远小于其他尺度且法向温度变化可简化时使用薄壁。薄壁模型需要真实厚度、导热系数和面方向,不能把厚度重复建入几何。
2. 接口条件
理想接触要求界面温度连续、两侧法向热流守恒。存在涂层、间隙或接触不良时,用面热阻或薄层模型表达。非共形接口必须验证插值后的总热量守恒。
3. 固体网格与物性
根据 Biot 数和预期梯度安排固体厚度方向网格。金属导热系数、复合材料各向异性和温度依赖都可能影响热点位置;材料方向必须与坐标一致。
4. 收敛与时间尺度
固体热惯性常比流体时间尺度长,瞬态 CHT 需要覆盖足够物理时间。强耦合问题可逐步加载热源,监控接口热流和固体储能。
5. 验证
用热阻网络估算总温差,检查加热功率、流体焓升、外壁散热和固体储能闭合。对接口两侧分别积分热流,差异应低于项目容差。
6. 参考资料
- Incropera et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer.
- Versteeg & Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics.