2.1 温度Temperature2.1.1 定义温度Temperature是描述物体冷热程度的物理量也是热力学中最基本的状态参数之一。需要注意的是温度不是能量也不是热量。例如一杯 100 ℃ 的水比一杯 20 ℃ 的水温度高一根烧红的铁丝温度可能超过 700 ℃但其中储存的总能量未必比一桶 40 ℃ 的热水更多。因此温度只能反映物体当前所处的热状态而不能直接表示其拥有多少热能。2.1.2 温度的物理本质从微观角度来看所有物质都是由大量分子组成的这些分子始终处于不停的运动之中。固体中的分子主要做振动液体中的分子不断运动并交换位置气体中的分子高速、无规则运动。温度反映的是分子热运动的剧烈程度。分子运动越剧烈平均动能越大温度越高反之分子运动越缓慢温度越低。因此温度本质上对应的是分子平均热运动强弱而不是整个系统所拥有的总能量。例如一个打火机火焰约 1200 ℃而一池 40 ℃ 的温水只有 40 ℃。但如果比较两者包含的总能量显然整池热水远远大于火焰。原因就在于火焰温度高但质量极小热水温度较低但质量巨大。所以温度不能代表总能量。2.1.3 温度与热量有什么区别这是热力学中最容易混淆的两个概念。很多人会说这个东西里面有很多热量所以温度高。这种说法并不准确。二者的区别如下温度Temperature热量Heat是状态量是过程量描述冷热程度描述能量传递可以直接测量不能储存在物体中单位K、℃单位J、kJ最重要的一点是热量不是物体拥有的东西而是能量传递的过程。例如一块冰放入热水中。发生的是热水 ↓ 热量传递 ↓ 冰热量不断流动直到两者达到相同温度。因此热水拥有的是内能传递出去的是热量最终表现为温度变化。2.1.4 Fluent 中温度是如何得到的很多人以为Fluent 直接求解温度。实际上大多数情况下并不是。Fluent 的能量方程通常以**焓Enthalpy**作为主要未知量。求解结束后再根据材料的热物性关系计算对应的温度。也就是说Energy Equation │ ▼ 求解焓 h │ ▼ 根据 Cp(T)、物性关系 │ ▼ 得到温度 T因此温度往往是计算结果而不是直接求解变量。这也是为什么在 Fluent 的材料属性中需要输入比热Cp焓Enthalpy标准状态焓Standard State Enthalpy这些参数。2.1.5 常见误区误区一温度越高能量一定越多。错误。总能量不仅与温度有关还与质量、比热和物质状态有关。误区二热量储存在物体里面。错误。储存在物体中的是内能或焓热量表示能量在不同物体之间传递的过程。误区三Fluent 求的是温度。不完全正确。对于绝大多数传热问题Fluent 实际上求解的是能量通常以焓表示温度是根据焓和材料热物性计算得到的。2.1.6 Fluent视角在 Fluent 中很多材料属性都可以写成温度的函数例如密度ρ(T)黏度μ(T)比热Cp(T)导热系数k(T)如果材料温度变化较大而仍使用常数物性可能导致计算结果与实际情况出现明显偏差。因此在涉及较大温升、相变或压缩流时应尽可能使用随温度变化的热物性数据如多项式、分段函数或 REFPROP / CoolProp 数据。2.1.7 本节小结温度描述的是分子平均热运动的剧烈程度而不是系统拥有的总能量。温度是状态量热量是能量传递过程两者不能混为一谈。温度会影响流体物性从而影响流动和传热因此许多 CFD 问题必须同时求解流场和温度场。Fluent 中通常不是直接求解温度而是先求解能量焓再根据物性关系计算温度。