毕渥数是
耦合问题中的一个量纲一的准则数。某些问题中,会和与相接触的流体发生
对流传热相耦合。毕渥数用以描述划分这种传热过程所呈现的不同极限情况,以简化问题的求解。
定义:表征固体内部单位
导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻(即外部热阻)之比。
其中,h为
表面传热系数;λ为固体导热系数;δ为特征长度,通常用l表示。对于厚度为2δ平板l=δ,对于圆柱和球l=R。此外有些时候取l=V/A(V即体积,A为换热面积)。
Bi数提供了一个将固体中的温差与表面和流体之间的温差相比较的量。如果Bi<=0.1,物体最大与最小过余温度之差小于5%,对于一般工程计算,此时已经足够精确的可以认为整个物体温度均匀。这样可以利用
集中参数法研究问题。
Bi越小,表示内
热阻越小,外部热阻越大。此时对于瞬态问题,采用集中参数法求解更为合适。
物理意义: Bi的大小反映了物体在
非稳态导热条件下,物体内
温度场的分布规律。或者认为是固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。
努塞尔数Nu=hl/λ,表达式看起来与毕渥数相同,但二者意义有本质区别,Nu数表示壁面上流体无量纲温度梯度(λ为流体导热系数),用于研究对流传热问题;而Bi数用于
研究导热问题,为固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。
关于Bi数在非稳态导热问题的具体应用可以参考传热学相关
资料。
J.W.Biot(1774-1862),法国物理学家。他的最大贡献是对光的
偏振现象的研究。他先于傅里叶(Fourier)研究了固体导热问题,并已经认识到应当将表面的对流传热考虑到
导热问题中,但未能获得分析解。
1804年,毕渥根据平壁导热的实验,发表学术论文,提出了导热量正比于两侧温差、反比于壁厚的概念。傅立叶正是在阅读此篇文章后,在1807年提出求解
偏微分方程的
分离变量法和可以将解表示成一系列任意函数的概念。