FLUENT高性能微通道散热器的模拟研究(5)
在不同的状态下，流体流动的运动规律、速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速与最大流速的壁纸也是不同的。
（2） 热流密度
也称之为热通量，是单位时间内通过单位面积传递出的热量。根据导热基本定律（即傅立叶定律），单位时间内通过单位面积的热流量（即热流密度）与当地温度变化率成正比，用公式表示是：
q=-λdt / dx （2-7）
式中，q为热流密度，单位W/m2；λ为导热率，又称为导热系数，W/(m•K)，他是个物性参数，取决于物质的种类和温度等因素。
虽然温度测量是很通用并且很容易被接受，但热流密度测量也常常需要考虑在内。在微通道模拟中，想要观察不同热流密度下温度的分布，总要事先了解热流密度的定义。
2.3.3 对流换热
对流换热就是流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近空气温差1℃，单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m2•℃)。表面对流换热系数的数值与换热过程中的流体的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。对流传热系数也称对流换热系数。对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出流体与固体壁面之间对流换热的热流是与它们的温度差成正比的。
对流换热系数h的物理意义是：当流体与固体表面之间的温度差为1K时， 1m×1m壁面面积在每秒所能传递的热量。h的大小反映了对流换热的强弱程度。
如上所述，h与影响换热过程的诸因素有关；并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式。它既没有揭示影响对流换热的诸因素与h之间的内在联系,也没有给计算带来任何实质性的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了。计算传热系数的方法主要有实验求解法、数学分析解法和数值分析解法。
影响对流传热强弱的主要因素有：对流运动成因和流动状态；流体的物理性质（随种类、温度和压力而变化）；传热表面的形状、尺寸和相对位置；流体有无相变（如气态与液态之间的转化）。
根据质量守恒定律，对于不可压缩流体，从各方向上流入、流出微元体的质量流量的差值的总和等于零。
2.3.4 边界层
根据流体速度分布的特点，普朗特提出把整个流场分为两个区域：紧靠壁面的边界层区和边界层以外的主流区，在边界层区内，速度梯度很大，即使粘性相当小的的流体切应力的作用也不容忽视。而在主流区里面，速度梯度几乎等于零，粘性切应力的影响可以忽略不计。可以把主流区内的流体视为无粘性的理想流体。
普朗特创立的流动边界层理论和波尔豪森提出的热边界边界层的概念，对工程上最常见情况下的对流换热问题具有决定性的指导意义。
任何粘性流体流过一个固体表面，都会产生速度边界层，同时存在壁面摩擦。根据边界层理论的基本概念，研究流体速度分布以及摩擦力时只需要关注流动边界层以内的流场区域就够了。同样的道理，对于存在温差的对流换热问题，也只需要研究热边界层范围内的区域，尤其注意壁面处的速度变化率和温度变化率。边界层理论不仅使求解区域大为缩小，更重要的是根据这个理论的基本观点，可以对对流换热微分方程做出重要简化，从而使非线性微分方程组求解的可能性大大增加。
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