非等温流动

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等温流动 vs. 非等温流动

等温,顾名思义就是温度恒定。在许多工程应用中,我们都可以假设流体的温度保持恒定,这是因为,与应用中的其他物理变化相比,温度变化幅度非常小或无关紧要。

非等温流动 是指温度不恒定的流体流动。当流体温度发生变化时,其材料属性(例如密度和粘度)也会相应地改变。

在某些情况下,这些变化大到足以对流场造成实质性的影响。此外,由于流体会传递热量,因此温度场也会受到流场变化的影响。流体流动与传热之间的这种双向耦合是换热器、化学反应器,大气流动,以及组件冷却过程中普遍存在的现象。

非等温流动示例

灯泡

灯泡内通常使用氩气等惰性气体,可以通过对流带走钨丝的热量,防止其因焦耳热效应而燃烧起来。当灯丝附近的气体逐渐变热时,其密度会小于灯泡中的其余气体,并由于浮力作用而上升。

由此产生的气流将热量从灯丝传递给灯泡中其他部位的气体,然后再传递到灯泡玻璃壳。在灯泡内发生的传热和流动之间的耦合现象也称为自然对流

该模型描述气体在灯泡内的非等温流动。 模型突出显示了气体在灯泡内的运动情况。 模型突出显示了气体在灯泡内的运动情况。

散热器

非等温流动的另一个示例阐述了铝散热器中的强制对流过程。散热器用来增加待冷却部件的表面积,表面积越大,散热效果越好。如果我们可以在紧凑的体积内巧妙地做到这一点,就能提升冷却装置的效率。

散热器模型,显示其本身与空气之间的传热。

热量从散热器传递到冷却空气。

热量从散热器传递到冷却空气。

在本例中,热能通过铝散热器中的传导过程以及冷却空气的传导和对流进行传递。传热过程中的对流冷却效应可以有效防止部件过热或故障。再次强调,在仿真过程中,我们需要考虑传热对速度矢量的影响,并需要模拟非等温流动过程。

该模型显示散热器及其周围的速度场。 图像描述散热器周围的速度场。 图像描述散热器周围的速度场。
发布日期:2014 年 10 月 31 日
上次修改日期:2017 年 2 月 21 日