对流换热计算式
换热管换热面积计算公式
换热管换热面积计算公式1.对流换热的换热面积计算公式：对流换热是通过流体的流动进行热量传递的方式。
在换热管内，流体存在一定速度和流动方向，局部形成了较强的对流换热条件。
对于内部表面，对流换热面积的计算需要考虑流体的流通区域。
对于流体流过换热管的内弯曲段或弓形段，可以通过计算该段流体的流通面积来得到对应的对流换热面积。
对于流体流过换热管的外弯曲段或弓形段，则可以通过计算流体在该段的平均传热系数和该段的周长来得到对应的对流换热面积。
2.辐射换热的换热面积计算公式：辐射换热是通过热辐射进行能量传递的方式。
在换热管内，换热管的壁面和流体之间存在一定的温度差，从而产生热辐射。
对于辐射换热，其换热面积的计算需要考虑辐射的传热机理。
辐射换热的换热面积通常通过表面的辐射换热系数和流体的热辐射强度来计算。
可以根据具体的几何形状和辐射特性来确定对应的换热面积计算公式。
3.对流和辐射复合换热的换热面积计算公式：有些情况下，换热过程既存在对流换热又存在辐射换热。
此时，换热面积的计算需要综合考虑对流和辐射两个换热方式的贡献。
对于同时存在对流和辐射的换热过程，可以通过将对流换热和辐射换热的换热面积分别计算出来，然后将二者相加来得到总的换热面积。
需要注意的是，具体的换热面积计算公式会受到多种因素的影响，如流体的性质、流动状态和流体和壁面的温度差等。
在实际应用中，可以根据具体的情况和要求来选择合适的换热面积计算公式。
总结起来，换热管换热面积的计算公式需要根据具体的换热方式和情况而定。
对于对流换热、辐射换热以及对流和辐射的复合换热，都可以通过相应的公式来计算换热面积。
在实际应用中，需要根据具体的情况选择合适的计算方法，并考虑到各种因素的影响。
对流换热系数经验公式(二)
对流换热系数经验公式(二)对流换热系数经验公式1. 引言对流换热是指通过流体（常为气体或液体）与固体接触而发生的热量传递过程。
在工程和科学领域，人们需要计算对流换热系数以预测和优化热传递过程。
对流换热系数经验公式是一种经验关系，能够在缺乏详细流体力学和热力学特性数据时提供近似值。
2. 常见对流换热系数经验公式以下是一些常用的对流换热系数经验公式及其应用领域。
努塞尔数（Nu）公式努塞尔数是对流换热系数的无因次表示，定义为传热系数（h）与传导系数（k）的比值。
常见的努塞尔数公式有：•冷管壁（Re<2x10^5）：Nu = * Re^ * Pr^–这个公式适用于水或气体在圆管内的对流换热。
–Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
•流动介质为空气：Nu = * Re^ * Pr^–这个公式适用于空气在管内的对流换热。
辐射换热公式对于辐射换热，可以使用斯特凡—玻尔兹曼定律，例如：•辐射换热系数（hr）= ε * σ * (T1^2 + T2^2) * (T1 + T2)–hr是辐射换热系数，ε是辐射率，σ是斯特凡—玻尔兹曼常数，T1和T2是物体的绝对温度。
–这个公式适用于通过辐射传热的情况。
3. 示例说明下面通过两个示例来说明对流换热系数经验公式的应用。
冷管内的对流换热假设有一根内径为10mm的铜管内流动的水流体，当水的流速为1 m/s时，根据努塞尔数公式可以计算出对流换热系数：Nu = * Re^ * Pr^ = * (ρ * V * D / μ)^ * (μ * Cp / k)^其中，ρ是水的密度，V是流速，D是管径，μ是动力粘度，Cp是比热容，k是导热系数。
假设水的温度为20°C，根据水的性质数据，可以计算出相关的参数值，代入公式得到对流换热系数。
辐射换热假设有两个热源，温度分别为500°C和200°C，它们之间的辐射换热系数可以用斯特凡—玻尔兹曼定律计算：hr = ε * σ * (T1^2 + T2^2) * (T1 + T2)假设热源的辐射率为，则代入公式可以计算出辐射换热系数。
传热学第4章对流换热(Convective Heat Transfer)
第一节：概述 工程应用背景
第四章 对流换热(Convective Heat Transfer)
第一节：概述
热对流 对流换热：
计算关系式
Φ hAtw tf
Φ hAtf tw
本章的主要任务：确定 h 的具体表达式
——请千万小心，步步都是富贵险中求。殊不知多少江湖英豪；名门侠女都 曾栽在这块看似山青湖静，实则风阴涛涌的领域！
第二节：对流换热问题的数学描写—对流换热微分方程组
二维、常物性、不可压、稳态
u v 0 x y
u
u x
v
u y
Fx
1
p x
2u x 2
2u y 2
u
v x
v
v y
Fy
1
p y
2v x 2
2v y 2
u
t x
v
t y
a
2t x 2
2t y 2
t
h tw t y w
第四章 对流换热(Convective Heat Transfer)
第一节：概述 求h主要有以下基本途径：
Φ h At w t f
h
第四章 对流换热(Convective Heat Transfer)
第一节：概述
影响对流换热的基本因素： 流动因素、几何因素和物性参数 流动因素 a 流动起因 自然对流(Natural Convection)—— 强迫对流(Forced Convection)—— b 流动状态 层流(Laminar Flow)—— 紊流(Turbulent Flow)—— c 流体有无相变(Phase Change) 凝结换热(Condensation Heat Transfer) 沸腾换热(Boiling Heat Transfer)
热传递热量计算公式
热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。
以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。
其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。
2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。
其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。
其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。
其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。
以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。
在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。
传热学(第9章--对流换热)
— —
横向节距 纵向节距
23
9-3 流体有相变时的对流换热
一、凝结换热
1.特点：
——蒸汽和低于饱和温度的冷壁面相接触时会发 生凝结换热，放出凝结潜热。（如电厂中：凝汽 器和回热加热器内，管外蒸汽与管外壁的换热）
➢两种凝结方式：根据凝结液体依附在壁面上的形
态不同分.
tw ts
1）膜状凝结：凝结液体能润湿壁面，
腾换热设备安全经济的工作区为泡态沸腾区。
34
炉内高热负荷区水冷壁沸腾换热的强化
35
各种对流换热比较
液体对流换热比气体强；
对同一种流体，强制对流换热比自然对流换热强；
紊流换热比层流换热强；横向冲刷比纵向冲刷强；
有相变的对流换热比无相变换热强。
表9-5 各种对流换热平均换热系数的大致范围
换热系数 α[w/(m2.K)]
二是在蒸汽中混入油类或脂类物质。对紫铜管进行表面改 性处理，能在实验室条件下实现连续的珠状凝结，但在工 业换热器上应用，尚待时日。
26
2.影响蒸汽膜状凝结换热的因素：
（1）蒸汽中含有不凝结气体的影响 ➢ 蒸汽中含有不凝结气体（如空气）时，即使含量极微，
也会对凝结换热产生十分有害的影响。不凝结气体将会在 液膜外侧聚集而形成一层气膜，使热阻大大增加，从而恶 化传热。
21
（1）管束排列方式的影响
s1
s1
s2
顺排
s2
叉排
叉排：换热系数大，但流动阻力大. 顺排：换热系数小，但流动阻力小.
22
s1
s1
s2
s2
顺排
叉排
（2）流动方向上管排数的影响
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均换热系 数的影响直到20排以上的管子才能消失。
对流换热
第八讲对流换热convection heat transfer§8-1 对流换热基本概念一、对流换热过程：对流：是指物体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的能量传递方式，必有导热。
对流换热：流体流过一物体表面时对流与导热联合作用的热量传递过程。
牛顿冷却定律Newton’s law of coolingwt ft 如：f w t t t -=∆th q ∆=hAtt Ah qA Φ1∆=∆==为对流传热热阻hA R 1=二、流动边界层1. 流动(速度)边界层：靠近壁面处流体速度发生显著变化的薄层边界层的厚度(boundary layer thickness):达到主流速度的99%处至固体壁面的垂直距离边界层的特点(1) 有层流(laminar flow),紊流(turbulent flow)之分.•分界点Re c=3X105~3X106,一般可取Re c=5X105•在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层（粘性底层）(2) δ=δ(x) x↑δ(x)↑(3) δ(x) << x δ(L) << L(4) 流场分为: 主流区(undisturbed flow regime)(potential)边界层区(boundary regime)三、换热微分方程无滑移边界条件（傅里叶定律）0=∂∂-=y yt A λΦ变化率贴壁处流体的法向温度式中：→∂∂=0y y t 联立，得与牛顿冷却公式t hA ∆=Φ0=∂∂-=y y t t h ∆λ四、影响对流换热的因素⏹流动产生的原因：受迫流动，自然对流⏹流体流动情况：层流（Re<2300），紊流（Re>10000）⏹流体的物性：ρ、λ、η等⏹换热面的形状和位臵⏹流体集态的改变§8-2 对流换热基本方程组1.连续性方程(continuity equation)0=∂∂+∂∂yv x u •2.动量方程(momentum equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂22222222y v x v y p F y v v x v u v y u x u x p F y u v x u u u y x ητρητρ惯性力(inertial force)体积力(body force)压力梯度(pressuregradient)粘性力(viscous force)3.能量守恒方程（energy equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂2222y t x t a y t v x t u t τ能量变化对流项导热项以此五个量为分析基础。
对流换热
du
物理量
cp 表明流体的某些物理性质对传热的影响。 gl 3 2 t 表明因受热引起的自然对流对传热的影响。 2 h—传热膜系数；—导热系数； l—传热面的特征几何尺寸(管径或平板高度等)； Cp—流体的比定压热容；—流体的膨胀系数。
Nu K Rea Pr b Gr c
应用条件： 特征尺寸l：管内径d 应用范围：Re＞104；0.7＜Pr＜16700；l/d>60； μ＜2 mPa· s 定性温度：黏度μw 取壁温，其余取流体进出口温 度的算术平均值，但由于壁温未知，处理如下 加热时： ( w )0.14 1.05 冷却时： ( w )0.14 0.95
1 2g 2 gt
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动
h强制 h 自然
如空气自然对流的h值约为5-25 W/(m2· ℃)，而强制对流的h值可达 10-250 W/(m2· ℃)。
(2) 流动状态
当流体为湍流流动时，湍流主体中流体质点呈混杂运动，热量传 递充分，且随着Re增大，靠近固体壁面的有效层流膜厚度变薄， 提高传热速率，即h增大，当流体为层流流动时，流体中无混杂 的质点运动，所以其h值较湍流时的小。
3 2
2
)c
对流传热中的特征数
特征数
Nusselt number
Reynolds number Prandtl number Grashoff number 特征数形式
特征数的物理意义
h
l
表示传热膜系数的特征数，并表明流体的导 热系数与换热器壁几何尺寸的作用。
确定传热时流体的流动形态，并表明对换热 的影响。
固壁表面附近流体速度剧烈变化的薄层称为速度边界 层 ，速度边界层外的主流区速度梯度视为零。
对流和辐射计算公式
1.热对流
热对流：是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位
移而产生的热量传递现象。
特点：只能发生在流体中；必然伴随有微观粒子热运动产生
的导热。
对流换热：流体与固体表面之间的热量传递。
对流换热公式如下：
Q t w t f F
式中，Q 为对流换热量，单位为W；
t w、 t f为壁面和流体的平均温度，单位为℃；
2
F 为对流换热面积，单位为m；
为对流换热系数，单位为W / m2 C 。
2.热辐射
辐射：是指物体受到某种因素的激发而向外发射辐射能的现象。
热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度）而使物体向外发射辐射能的现象。
辐射换热：当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的结果使高温物体失去热量，低温物体获得热量，这种热量
传递称为辐射换热。
两物体辐射换热的公式如下：
4
T24
T1
F1
Q C n
100
100
式中， C n为辐射系数；
T1、 T2为两物体的温度；
F1为辐射体的辐射表面积。
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关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。
一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。
沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。
二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。
计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。
(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。
理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。
还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。
下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。
(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。
层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。
常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充-充分发展段，气体，-充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。
横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。
关联式：定性温度为主流温度，定型尺寸为管外径，速度取管外流速最大值。
当 Pr f ＞ 10 时，Pr f的幂次应改为O.36 ，上述关联式的适用范围是 O.7 ＜Pr f＜ 500 ； 1 ＜ Re f＜ 10 6 ；对于空气近似取 Pr 0.37 f ＝ 0.7 ，故 Pr f＝ 0.88 。
四、绕流管束的强迫对流换热这是工程中用得最多的流体换热方式之—。
它的流动和换热的基本特征与单管时相同，但增加了排列方式、管间距以及排数三个新的影响因素。
除了光管管束以外，在气体外部绕流换热的场合，各种型式的肋片管柬在工程领域里用得越来越普遍。
肋片的型式极多，已经公开发表的计算式不一定与实际使用的肋片管相同，选择计算公式时应注意这个问题。
各式定性温度用流体在管束中的平均温度，定型尺寸为管外径； Re 中的速度用流通截面最窄处的流速 ( 即管束中的最大流速 ) 。
其中ε z 管排修正系数， S 1 、 S 2 为管间距。
适用范围关联式对空气或烟气的简化式（）管排修正系数εz五、自然对流换热因温度差引起的自然对流边界层和强迫流动明显不一样，它具有单峰形状，这种速度分布是在密度差和流体粘性的共同作用下形成的。
自然对流换热时速度场和温度场相互锅合，因此求解比强迫流动更困难些。
自然对流换热计算中出现了一个新的已定准则数— Gr 数。
它是决定自然对流流动状态的基本因素。
自然对流换热对物体的形状、朝向特别敏感，选取准则数方程时应给予足够的注意。
极限情况下甚至可能转变成纯导热。
近年在自然对流换热领域出现较多形式复杂、自变量覆盖面广的新准则数关联式，它们适应了计算机计算的需要。
1 、无限空间自然对流换准则数方程直圆筒，局部 Nu x 紊流0.171/4常壁温，水平圆筒，平均 Nu层流 1.02 0.148外径 d0.850 0.188 0.480 0.250紊流 0.125 1/3常壁温，热面朝上或冷面朝下，平均 Nu层流 0.54 1/4 矩形取两个边长的平均值；非规则形取面积与周长之比；圆盘取0.9d 。
紊流 0.15 1/3常壁温，热面朝下或冷面朝上，平均 Nu层流 0.58 1/5 2 、有限空间自然对流换准则数方程有限空间中的自然对流是流动和换热形态都相当复杂的—类情形，工程上经常简化为按“导热”的形式来处理，并由此引入当量导热系数的概念。
Nu δ 及 Gr δ 的定型尺寸均为夹层厚度δ；定性温度为： ， H 为竖直夹层高度。
夹层位置关联式适用范围 垂直夹层（气体）纯导热：层流紊流水平夹层（热面在下）（气体）倾斜夹层（热面在下与水平夹角为θ）（气体）六、基本要求及例题熟练应用准则数方程求解对流换热系数及换热量。
例题 1 、流量为 120kg /h 的机油在内径为 13mm 的管内流动，并从 100 ℃冷却到 60 ℃。
管子内壁温度为 20 ℃。
试计算所需管长 L 和对流换热系数h ?解：（ 1 ）查物性值，流体温度℃机油的物性值为ρf= 852.02kg /m3，λf=0.138W/（m·℃），c pf =2131J/（kg·℃）， Pr f=490 ，ν f =37.5×10-6m 2/s ，μ f = 0.03195kg/（m·s）（ 2 ）求雷诺准则 Re流体流速=0.295m /s雷诺数=102.2 ＜ 2200 ，流动为层流。
（ 3 ）试算假定 RePr ＞ 10 。
选用准则关联式，即代入已知数据得，(a) 由热平衡得 hπd i L(t f -t w )=mc p (t f’-t f”)， hL=1160.1 (b)联立求解式（ a ）、（ b ）得： h=33.4W/(m2·℃) L= 34.74m（ 4 ）检验RePr ＞ 10所以以上计算有效，即h=33.4W/(m2·℃) L= 34.74m。
例题 2 、某锅炉厂生产的 220t/h 锅炉的低温段管式空气预热器的设计参数为：顺排布置， s1 = 76mm , s 2 = 57mm , 管子外径 d 0 = 38mm ，壁厚δ = 1.5mm ；空气横向冲刷管束，在空气平均温度为 133 ℃时管间最大流速 u1,max=6.03m /s ，空气流动方向上的总管排数为 44 排。
设管壁平均温度 t w=165℃，求管束与空气间的对流换热系数。
如将管束改为叉排，其余条件不变，对流换热系数增加多少？解：（ 1 ）计算 Re f,max由定性温度 t f = 133 ℃查附录，得空气的物性值为：λ f =0.344W/(m ·℃ ) ν f =27.0 × 10 -6 m 2 /s Pr f =0.684由 t w = 165 ℃查得 Pr w =0.682 。
于是 Re f,max = =8487（ 2 ）求顺排时的对流换热系数 h f=0.27 × 8487 0.63 × 0.684 0.38 ×× 1 × 1解得对流换热系数为 h f =63.66W/(m2·℃ )（ 3 ）求叉排时的对流换热系数代入数据得：=0.35 × 8487 0.60 × 0.684 0.38 ×× 1 × 1 解得叉排时的对流换热系数为 h f =66.64 W/(m2·℃ )例题 3 、水平放置蒸汽管道，保温层外径 d o=583mm ，壁温t w= 48℃，周围空气温度t∞ = 23 ℃。
试计算保温层外壁的对流散热量?解：定性温度= 35.5 ℃据此查得空气的物性值为λm =0.0272W/(m ·℃ ) ，v m =16.53X10-6 m 2/s， Pr m =0.7判据（GrPr）m= ==4.03×108＜ 10 9流动属于层流，查表得 C=0.53 、 n=1/4 。
于是对流换热系数为：h=0.53 =0.53 × (4.03 × 10 8 ) 1/4 ×=3.5W/(m2·℃)单位管长的对流散热量为 q l =hπd o(t w -t∞)=3.5×3.14×0.583×(48-23)=160.2W/m例题 4 、温度分别为 100 ℃和 40 ℃、面积均为 0.5 × 0.5m 2 的两竖壁，形成厚δ = 15mm 的竖直空气夹层。
试计算通过空气夹层的自然对流换热量 ?解：（ 1 ）空气的物性值定性温度 t m =0.5×(100+40)=70 ℃，据此，查附录得空气的物性值为λ m =0.0296W/(m ·℃ ) ，ρm =1.029kg /m 3，μm=20.60×10 -6 kg /(m·s)βm = =2.915×10-3 K-1，Pr m =0.694 ，由此，运动粘度为m 2/s(2) 等效导热系数λe（ GrδPr）m = = =1.003 ×104 ＜2×105流动属层流。
努谢尔特准则为=0.197 × (1.003 × 10 4 ) 1/4 ×=1.335等效导热系数为：λ e =Nu m λ m =1.335 × 0.0296=0.0395W/(m ·℃ )（ 3 ）自然对流换热量Q= = ×(0.5×0.5)×(100-40)=39.5W。