第五章 热传递与辐射模型

第五章 · 热传递与辐射模型

本章要回答的三个问题：打开能量方程后，导热、对流、辐射三种传热路径在求解器里分别怎么走？固体与流体共存的共轭传热要注意什么、交界面上的账怎么对？什么温度什么工况下必须启用辐射模型，五种辐射模型又该怎么挑？本章把热关的两栏（传热与辐射）一次讲清。

为什么会有这一章

流动问题的另一半答案常常是温度。电子器件的结温、燃烧室的壁面热负荷、换热器的效能、建筑内的热舒适，都要求 CFD 在解流场的同时解好能量方程。而传热仿真的坑分布很有特点：导热部分几乎不会错，错全错在"路径选择"上——该开共轭传热没开、该算辐射当成可以忽略、对流换热交给湍流模型近壁处理而近壁网格又不达标。每一处都是模型与网格的接口，而不是纯粹的物理难题。

本章在全书的位置靠前于多相与燃烧，原因是依赖关系：多相流的相变传热、燃烧的辐射换热，都要先在本章把能量方程的地基打好。第五章篇幅是全书最短的两章之一，但验收单上"能量平衡"一栏的签字权就出自这里——传热算不平，后面的任何温度结论都站不住。

读完能解决什么

• 能判断任务属于哪类传热问题：纯对流、共轭传热、含辐射的耦合传热。
• 能设置共轭传热的交界面（耦合壁面）并核对界面热流平衡。
• 能用量纲判断辐射重要性： Stefan-Boltzmann 定律快速估算辐射热流占比。
• 能在 DO、P1、S2S、DTRM、Rosseland 五个辐射模型中按光学厚度与散射需求做出选择。
• 能为含辐射的算例设置辐射参与介质属性（吸收系数）与半透明壁面。

各节怎么分工

5.1 是地基，5.2 是专业深化；不做辐射类项目的读者可以只读 5.1，但建议把 5.2 的判断判据读完——知道"什么时候必须考虑辐射"本身就是一种能力。

本章高频疑问

不开启能量方程的纯流动任务要读本章吗。要读判断部分：知道"什么温度什么工况下传热不可忽略"本身就是能力——很多事故源于把该算热的任务当成了纯流动。

辐射听起来很远，常规温度要不要管。一百五十摄氏度以上的表面辐射开始与自然对流同量级，室温设备间可以并入综合系数，热处理与燃烧设备必须单独建模——判断动作本身只要三步快判。

共轭传热的网格代价能预估吗。固体域导热对网格宽容（纯导热无对流分辨率问题），代价主要在流体侧近壁——所以共轭任务的网格预算与纯对流任务同源，不必重复计价。

本章高频疑问的补充

传热任务的验证有什么行业惯例。换热类结论的对表惯例是"两头对"：一头对总账（进出口能量平衡、总换热量），一头对局部分布（壁面热流密度分布或特征点温度）——只对总账会漏掉分布错误，只对局部会漏掉路径错误，第九章的拆账思想在传热里尤其好用。

先决条件

• 1.2 节能量方程的通用输运形式，本章第一节就从它展开。
• 第四章近壁面处理一节：湍流对流换热的精度直接由近壁网格决定。
• 中学水平的辐射常识（黑体、发射率）即可，专业辐射概念随用随讲。

往下走到哪

传热关签完字，第六章的相变问题（蒸发、冷凝、凝固）就有了能量账本：界面上的潜热收支全靠能量方程管。第七章燃烧模拟里的辐射源项，也回到 5.2 节的 DO 模型。可以说本章是三大物理专题共同的"热力学后勤"。

图 5-0：本章与物理专题的依赖关系