湍流熱擴(kuò)散系數(shù)

《冶金學(xué)名詞》第二版。 2100433B

湍流流動的速度脈動所加強(qiáng)的熱流密度中包含的熱擴(kuò)散系數(shù)。通常認(rèn)為它和湍流黏度等值。

α=λ/ρc

α稱為熱擴(kuò)散率或熱擴(kuò)散系數(shù)（thermal diffusivity），單位為m²/s。

式中：

λ：導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/(m·K)；

ρ：密度，單位Kg/m³；

c：比熱容，單位J/(Kg·K)。

湍流在空氣動力學(xué)中指的是短時(shí)間(一般少于10min)內(nèi)的風(fēng)速波動。為了有效地描述風(fēng)，將它認(rèn)為是通過天氣、晝夜、季節(jié)的平均風(fēng)速和湍流的風(fēng)速波動疊加構(gòu)成的。這些風(fēng)速波動的周期一般為一到幾個(gè)小時(shí)，在10分鐘，湍流波動的平均值為零。

湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè):一個(gè)是當(dāng)氣流流動時(shí)，由于地形差異(如山峰)造成的與地表的摩擦或者阻滯作用;另一個(gè)是因?yàn)榇髿鉁囟炔町惡涂諝饷芏炔町愐鸬臍饬鞔怪绷鲃?。通常這兩種原因彼此影響。例如，當(dāng)氣流經(jīng)過高山時(shí)就會被迫流向溫度較低的地區(qū)，這時(shí)氣流與大氣環(huán)境的熱平衡被打破，引起風(fēng)速波動。

湍流顯然是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，并且不用簡單明確的方程來表示，我們能可以通過統(tǒng)計(jì)規(guī)律來研究湍流。針對湍流統(tǒng)計(jì)規(guī)律的描述有很多，關(guān)鍵在于找出是湍流強(qiáng)度和陣能哪一種夠在實(shí)際工程中得到最好的應(yīng)用，最簡單的統(tǒng)計(jì)描述就是湍流度和風(fēng)因子。其中，湍流強(qiáng)度是對湍流總體水平的度量。

在進(jìn)行CFD數(shù)值模擬的時(shí)候，往往需要估計(jì)計(jì)算入口處湍流強(qiáng)度的數(shù)值。如果想估計(jì)的準(zhǔn)，必須要進(jìn)行一些實(shí)際的測量或者要有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。以下是一些估計(jì)計(jì)算入口湍流度的方法。

1. 較高湍流度的情況：在復(fù)雜幾何形狀內(nèi)部進(jìn)行的高速流動一般湍流度在5%---20%。比如熱交換機(jī)，渦輪，壓縮機(jī)等。

2. 中度湍流度的情況：在類似于較粗的管子內(nèi)流動的不太復(fù)雜的流動，較低速度(雷諾數(shù))流動等。此時(shí)一般來說湍流度在1%---5%。

3. 低湍流度的情況：來源于靜止的氣流的流動。比如，汽車相對與靜止的空氣在運(yùn)動，潛水艇外部的流動，航空飛行器的飛行。當(dāng)然，高質(zhì)量的風(fēng)洞也可以產(chǎn)生較低湍流度的流動。此時(shí)湍流度一般都低于1%。對于無風(fēng)時(shí)的時(shí)候，相對于航空飛行器的空氣的湍流度大約為萬分之八。