導熱耦合換熱

輻射與導熱的耦合換熱過程對某些工程問題具有實際意義，例如玻璃工業、塑膠工業、運載火箭的返回、低溫冷凍問題等等。因為玻璃、塑膠、纖維板或燒蝕材料通常都是輻射參與性介質，往往在傳熱過程中同時存在輻射與導熱的共同作用。

基本介紹

• 中文名：導熱耦合換熱
• 外文名：Heat conduction coupled heat transfer
• 套用學科：熱力工程
• 範疇：工程技術
• 屬於：輻射換熱
• 定義：一種輻射與導熱的耦合換熱過程

概述

輻射與導熱的耦合換熱過程對某些工程問題具有實際意義，例如玻璃工業、塑膠工業、運載火箭的返回、低溫冷凍問題等等。因為玻璃、塑膠、纖維板或燒蝕材料通常都是輻射參與性介質，往往在傳熱過程中同時存在輻射與導熱的共同作用。由於它們多半處於固態或粘度很大的熔融液態，它們的對流換熱作用或者不存在，或者很微弱而可以忽略不計。

工程上參與性氣體的輻射、導熱和對流換熱的耦合過程也具有廣泛的實際意義，例如火箭噴管、航空發動機的各類燃燒室、各種工業爐、煙氣及蒸汽管道中的傳熱過程等等都屬於這類換熱問題。

導熱耦合換熱基本方程式

輻射和導熱同時存在時，介質的溫度場應由求解能量守恆方程得到。根據能量守恆方程，在沒有流動，沒有能量的粘性耗散及體積膨脹功的情況下，方程簡化為

如果溫度場不隨時間變化，而且沒有內部熱源或熱匯存在，則方程可進一步簡化為：

對於各向同性散射、吸收、發射氣體，由方程得到

可見，導熱-輻射作用下介質的能量守恆方程是一個積分-微分方程式，並且由於式中導熱項是溫度的一次冪函式、輻射項是溫度的四次冪函式，因而是非線性的積分-微分方程式。

輻射傳輸方程是積分微分方程，有很多數值求解方法；輻射與導熱耦合問題需要疊代求解熱輻射傳遞方程和熱傳導方程。由於輻射傳遞問題本身的特殊性和複雜性，分析輻射與導熱耦合問題的主要困難一般在於熱輻射源項的求解。

目前已經提出了多種求解輻射與導熱耦合問題的數值方法，如疊代法、逐次逼近法、Swartz-Wendroff近似法、廣義指數積分函式法、有限元法、有限元與離散坐標相結合的方法、格子波爾茲曼法、譜元法、無格線法等。