努塞尔数

在热流体动力学中，努塞尔数（Nu，以 Wilhelm Nusselt 命名： 336 ）是流体边界处的对流传热与传导传热的比率。 对流包括平流（流体运动）和扩散（传导）。 传导分量是在与对流相同的条件下测量的，但用于假设静止的流体。 它是一个无量纲数，与流体的瑞利数密切相关。

值为一（零）的努塞尔数表示通过纯传导进行传热。： 336 介于一（零）和 10 之间的值是团状流或层流的特征。 较大的努力塞尔数对应于更活跃的对流，湍流通常在 100–1000 范围内。

一个类似的无量纲属性是毕奥数，它涉及固体而不是流体的热导率。 努塞尔数的传质模拟是舍伍德数。

努力塞尔数是跨边界的对流传热与传导传热的比率。 对流和传导热流相互平行并平行于边界表面的表面法线，并且在简单情况下都垂直于平均流体流动。

N u L = 对流传热 传导传热 = h k / L = h L k {\displaystyle \mathrm {Nu} _{L}={\frac {\mbox{对流传热}}{\ mbox{传导传热}}}={\frac {h}{k/L}}={\frac {hL}{k}}}

其中 h 是流动的对流传热系数，L 是特征长度，k 是流体的热导率。

• 特征长度的选择应沿边界层生长（或厚度）的方向； 特征长度的一些示例是：（外部）横向流动（垂直于圆柱轴）的圆柱体的外径、自然对流的垂直板的长度或球体的直径。 对于复杂的形状，长度可以定义为流体体积除以表面积。
• 流体的热导率通常（但不总是）在薄膜温度下进行评估，出于工程目的，可以将其计算为整体流体温度和壁面温度的平均值。

与上面给出的称为平均努力塞尔数的定义相反，局部努力塞尔数是通过将长度作为从表面边界到局部兴趣点的距离来定义的。

理解对流边界层对于理解表面和流过它的流体之间的对流传热是必要的。 如果流体自由流温度和表面温度不同，则会形成热边界层。 由于这种温差导致的能量交换，存在温度曲线。

传热率可以用牛顿冷却定律写成

Q y = h A ( T s − T ∞ ) {\displaystyle Q_{y}=hA\left(T_{s}-T_{\infty }\right)} ,

其中 h 是传热系数，A 是传热表面积。 因为表面的热传递是通过传导进行的，所以相同的量可以用热导率 k 表示

右侧现在是表面温度梯度与参考温度梯度的比率，而左侧类似于毕奥模量。 这成为流体的传导热阻与对流热阻之比，也称为努塞尔数 Nu。

努塞尔数可以通过傅里叶定律的无量纲分析得到，因为它等于 t。