2、计算流体和固体中的热传递基础

计算流体和固体中的热传递基础

1. 热传递的基本原理

热传递是能量从高温物体向低温物体转移的过程，主要通过三种方式实现：热传导、对流和辐射。理解这三种方式对于研究流体和固体中的热传递至关重要。

1.1 热传导

热传导是指热量通过物质内部从高温区传递到低温区的过程。在固体中，热传导主要通过晶格振动（声子）和自由电子的运动来完成。傅里叶定律描述了热传导的基本规律：

[ q = -k \frac{dT}{dx} ]

其中，( q ) 是热通量，( k ) 是热导率，( \frac{dT}{dx} ) 是温度梯度。

1.2 对流

对流是指热量通过流体运动从一个地方传递到另一个地方的过程。对流分为自然对流和强制对流。自然对流是由温度差异引起的密度变化驱动的，而强制对流则是由外部力量（如泵或风扇）驱动的。牛顿冷却定律描述了对流换热的基本规律：

[ q = hA(T_s - T_\infty) ]

其中，( h ) 是对流换热系数，( A ) 是换热面积，( T_s ) 是表面温度，( T_\infty ) 是环境温度。

1.3 辐射

辐射是指热量以电磁波的形式从一个物体传递到另一个物体的过程。黑体辐射定律描述了辐射换热的基本规律：

[ q = \epsilon \sigma A (T^4 - T_\infty^4) ]

其中，( \epsilon ) 是发射率，( \sigma ) 是斯特藩-玻尔兹曼常数，( T ) 是绝对温度。

2. 流体动力学基础