对流传热的机理
化工原理 传热2
Q Wh ( H h1 H h2 ) Wc ( Hc 2 Hc1 )
焓，kJ/ kg。（下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标 1和2表示换热器的进口和出口）。 上式即为换热器的热量衡算式。 若换热器中两流体无相变化，且流体的比热可视为 不随温度而变或取为平均温度下的比热时，热量衡算式 可以表示为：
冷流体 水 水 水 水 水 有机溶剂 水 气体 水 水沸腾 轻油沸腾 热流体 水 气体 有机溶剂 轻油 重油 有机溶剂 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 低沸点烃类冷凝 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 总传热系数 K W/(m2· ℃) 850 ～ 1700 17 ～ 280 280 ～ 850 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40 1420 ～ 4250 30 ～ 300 455 ～ 1140 2000 ～ 4250 455 ～ 1020
T
Tw
f
4
膜假设：所有的传热阻力集中在厚度为的一层膜中， 其中的传热方式为导热，则对于微元传热面积dS
令
则
dQ dS(T Tw ) f
f
T TW dQ dS(T TW ) 1 dS
其中称为对流传热系数 ，单位为W/(m2· ℃)或W/(m2· K)， 上式称为牛顿冷却定律。 通常，管内的对流传热系数表示为 i，管外的对流 传热系数表示为 o；热流体的温度为T，冷流体的温度 表示为t。
9
二、总传热系数 以间壁式传热为例
T So Tw
b Si tw i t
总传热量等于各分步传热量，即
Q KS (T t ) o S o (T TW )
b
S m (Tw tW ) i Si (tW t )
第04章热量传递(060529-3对流传热6)
对流传热示意图
温度边界层。 传热边界层（thermal boundary layer） ：温度边界层。 有温度梯度较大的区域。 有温度梯度较大的区域。传热的热阻即主要几种在此层 中。
壁面
导热(导热系数较 导热 导热系数较 流体大) 流体大 有温度梯度
第三节 对流传热
自
然
对
.温度差引起密度差异
流
强
制
第三节 对流传热
四、对流传热系数经验式 (三)管内强制对流传热
2. 流体在圆形直管内层流流动
流体在圆形直管内作强制滞流时，受自然对流及热流方向对对 流传热的影响。 当自然对流的影响比较小且可被忽略时 Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（µ/µw）0.14
*小管径； * *流体和壁面 温差不大； *Gr<25000
湍流中心——
* 流动垂直方向质点运动强烈、 * 热对流、 * 温度梯度小
第三节 对流传热
二、对流传热的机理 (一)流动边界层内的传热机理及温度分布 (2)传热速率
层流：—— * 热量传递——分子传热，导热； 湍流：—— * 稳定串联传热过程， * 传热热阻为各层热阻之和； * 热阻主要集中在层流底层； * 层流底层厚度薄、热阻小； * 传热速率大
第三节 对流传热
四、对流传热系数经验式
(三)管内强制对流传热 三 管内强制对流传热 常压下，空气以15m/s的流速在长为 ，φ60×3.5mm的 的流速在长为4m， 例： 常压下，空气以 的流速在长为 × 的 钢管中流动， 温度由150℃ 升到 钢管中流动 ， 温度由 ℃ 升到250℃ 。 试求管壁对空气的对 ℃ 流传热系数。 流传热系数。 解：此题为空气在圆形直管内作强制对流 定性温度 t=（150+250）/2=200℃ （ ） ℃
对流传热
对流传热第一题：知识点总结（一）对流传热概述1、对流传热：流体流过固体壁时的热量传递。
传热机理：热对流和热传导的联合作用热流量用牛顿冷却公式表示：Φ=hA△t其中对流传热面积A，温差△t，对流传热系数h2、影响对流传热系数的因素（1）流动的起因：>由于流动起因的不同，对流换热分为强迫对流传热与自然对流传热两大类。
（2）流动速度：>根据粘性流体流动存在着层流和湍流两种状态，对流传热分为层流对流传热与湍流对流传热两大类。
（3）流体有无相变：同种流体发生相变的换热强度比无相变时大得多。
（4）壁面的几何形状、大小和位置：对流体在壁面上的运动状态、速度分布和温度分布有很大影响。
（5）流体的热物理性质：影响对流传热系数有热导率λ，密度，比定压热容，流体粘度，体积膨胀系数。
综上所述，影响对流传热系数h的主要因素，可定性地用函数形式表示为h=f（v，l，λ，，，或，，）（二）流动边界层和热边界层1、流动边界层特性：（1）流体雷诺数较大时，流动边界层厚度与物体的几何尺寸相比很小；（2）流体流速变化几乎完全在流动边界层内，而边界层外的主流区流速几乎不变化；（3）在边界层内，粘性力和惯性力具有相同的量级，他们均不可忽略；（4）在垂直于壁面方向上，流体压力实际上可视为不变，即=0；（5）当雷诺数大到一定数值时，边界层内的流动状态可分为层流和湍流。
2、热边界层定义：当流体流过物体，而平物体表面的温度与来流流体的温度不相等时，在壁面上方形成的温度发生显著变化的薄层，称为热边界层。
热边界层厚度：当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即=0.99，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热边界层的厚度记为。
与δ一般不相等。
3、普朗特数流动边界层厚度δ反应流体分子动量扩散能力，与运动粘度有关；而热边界层厚度反应流体分子热量扩散的能力，与热扩散率a有关。
==它的大小表征流体动量扩散率与热量扩散率之比（三）边界层对流传热微分方程组1、连续性方程+=02、动量微分方程根据动量定理可导出流体边界层动量微分方程流体纵掠平壁时3、能量微分方程热扩散率a=边界层能量微分方程式：+=4、对流传热微分方程-------x处的对流传热温差------流体的热导率-------x处壁面上流体的温度变化率（四）、管内强迫对流传热1、全管长平均温度可取管的进、出口断面平均温度的算术平均值作为全管长温度的平均，即=（）2、层流和湍流的判别由雷诺数Re大小来判别针对管内流动，当Re<2200时为层流；Re>1×时为湍流；2200<Re<1×时则为不稳定的过渡段（1）管内流动：（2）板内流动：湍流强迫对流传热管内强迫对流平均对流传热系数特征数关联式为：=0.023R P:考虑边界层内温度分布对对流传热系数影响的温度修正系数；:考虑短管管长对对流传热系数影响的短管修正系数；:考虑管道弯曲对对流传热系数影响的弯管修正系数。
高瑞利数湍流混合对流传热机理
高瑞利数湍流混合对流传热机理一、湍流混合对流传热的概念湍流混合对流传热是指在流体中出现的湍流现象对传热效果的影响。
湍流状况下，流体内部会形成大量的涡流和湍流结构，从而增大了流体的传热系数，使得传热效果得到显著提高。
而湍流混合对流传热更是指在一个封闭容器内，不同温度的流体在一起混合的过程中，通过湍流现象传递热量的过程。
二、高瑞利数湍流混合对流传热的特点高瑞利数是描述流体湍流程度的一种无量纲数，是流体中湍流运动占主导地位的表示。
在高瑞利数下，流体内部会形成复杂的湍流结构，出现大量的涡流和涡旋，使得传热系数显著增大。
因此，高瑞利数湍流混合对流传热具有以下几个特点：1.传热效果显著：高瑞利数下的湍流混合对流传热效果显著，传热系数大大增大，流体内部的温度分布更加均匀，能够更快速地传递热量。
显著，流体内部的湍流结构十分复杂，能够更加有效地将热量传递出去，提高传热效果。
3.过程不稳定：高瑞利数下的湍流混合对流传热过程是不稳定的，流体内部出现大量的涡流和湍流结构，使得传热过程不规则，难以精确预测。
三、高瑞利数湍流混合对流传热的机理分析高瑞利数湍流混合对流传热的机理主要包括以下几个方面：1.涡流和湍流结构的形成：高瑞利数下，流体内部会形成大量的涡流和湍流结构，这些结构能够将流体内部的温度快速混合，从而提高了传热效果。
2.湍流传热的增强效应：在高瑞利数下，流体内部的湍流结构能够有效地将热量从高温区传递到低温区，从而增大了传热系数，提高了传热效果。
显著，大量的涡流和湍流结构使得传热过程更加有效，提高了传热效果。
四、高瑞利数湍流混合对流传热的应用高瑞利数湍流混合对流传热在工程领域中具有广泛的应用，特别是在化工、能源、环保等领域。
具体应用包括：1.化工领域：在化工生产过程中，需要进行大量的传热操作，高瑞利数湍流混合对流传热可以有效提高传热效果，使得化工生产更加高效。
2.能源领域：在能源设备中，如锅炉、换热器等设备中，采用高瑞利数湍流混合对流传热技术，可以大大提高能源利用率，减少能源消耗。
自然对流传热强制对流传热机理
自然对流传热强制对流传热机理
自然对流传热是指在液体或气体中由于温度差异而产生的自发流动，而强制对流传热是通过外部力量驱动使流体产生流动。
自然对流传热机理：
当液体或气体中存在温度差异时，由于热胀冷缩效应，密度较高的冷流体下沉，密度较低的热流体上升，从而形成自然对流。
这种流动会在液体或气体中形成对流传热。
自然对流传热的速率取决于温差、流体性质、流体的运动性能和流体与外部物体之间的传热面积。
强制对流传热机理：
强制对流传热是通过外部力量驱动使流体产生流动，这种流动可以通过搅拌器、风扇、泵等方式实现。
外部力量的作用下，流体会形成流动，从而增加了传热的速率。
强制对流传热的速率可以通过控制外部力量来调节。
总而言之，自然对流传热是通过温度差异所产生的自发流动，而强制对流传热是通过外部力量驱动使流体产生流动。
两种机制在传热过程中起着重要的作用，具体的传热速率取决于流体的性质和运动性能以及与外部物体的接触面积。
第八章：对流传热
k
dt
.......... .. 8 5
y
0
t s t0 dy
式(8-5)即为稳态传热时，平板壁面局部对流传热系数 hx与壁面流体温度梯度
的关系式。
在许多场合，局部对流传热系数 hx 在流体流动方向上是不同的。在实际计算
中，常取流体流过距离 L 的平均对流传热系数 hm，即：
设壁面温度(ts)高于流体温度(t0)，则对于某一壁面距离x 处的微元面积 dA 而言，
流体与壁面间的对流传热速率 dq可表示为：
dq hx dA t s t0 .......... .... 8 2
由于紧贴壁面的一层流体其速度为零，故通过该微元面积向流体的传热以热
传导方式进行，因此传热速率可用 Fourier 定律描述，即：
流传热的理论分析。
在本章的学习中善于对比动量传递与热量传递研究的相似性，便于理解和掌
握相关的研究思路及方法。
2
第一节 对流传热的机理与对流传热系数
一、对流传热机理
通常将运动流体与固体壁面之间的热量传递过程统称为对流传热。包括：强
制对流(强制层流、强制湍流)、自然对流、蒸汽冷凝及液体沸腾等形式。工
程上常见的是强制湍流传热，强制湍流传热可获得较大的传热速率。
的 99％ 时的 y 方向距离为温度边界层的厚度 δt ，即：
t yt t sBiblioteka 99%t0 t s
δt 为流动距离 x 的函数。
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第一节 对流传热的机理与对流传热系数
当流体流过圆管进行的传热时，流体最初以均匀的速度u0和均匀的温度t0 进入
管内，因流体受壁面温度的影响，温度边界层的厚度由管进口处的零值逐渐增
传热学 第五章 对流原理.
层流边界层 紊流核心区
过渡区 紊流边界层 层流底层 主流区 速度边界层厚度 临界距离
层流
过渡流
湍流
u
y
x
xc
层流底层 缓冲层
根据流体力学知识，层流边界层厚度 xv 5x 5x 5 vf vf x Re x
在层流边界层内的速度分布线为抛物线型； 在紊流边界层内，层流底层部分的速度 分布较陡，接近于直线，而在底层以外 的区域，由于流体微团的紊流运动，动 量传递被强化了，速度变化趋于平缓。
如果流体的流动是由于流体冷热部分的密度不同 引起的浮升力造成的，则称为自然对流。暖气 片的散热，蒸汽或其他热流体输送管道的热量 损失，都与这类换热有关。 一般来讲：强迫对流 换热优于自然对流。
二、 在分析对流换热时，还应分清流体的流态。 流体力学告诉我们，流体受迫在流道内流 动时可以有两种不同性质的流态。流体分 层地平行于流道的壁面流动，呈现层流状 态。但当流动状态到超过某一临界值时， 流体的流动出现了旋涡，而且在不断地发 展和扩散，引起不规则的脉动，使流动呈 现紊流状态。
α ＝q/（tf－tw） W
对流换热系数 α表征着对流换热的强弱 。
在数值上，它等于流体和壁面之间的温度 差为 1℃时，通过对流换热交换的热流密 度。单位为W/(m２·℃)。 对流换热量以及相应的换热系数的大小，将 更多地取决于流体的运动性质和情况。
一、速度边界层
流体力学指出，具有粘性且能湿润固 体壁面的流体，流过壁面会产生粘性力。 根据牛顿粘性（内摩擦）定律，流体粘性 力 τ 与垂直于运动方程速度梯度 (dv/dy ） 成正比，即: τ＝μ（dv/dy） Ｎ／m２ （5-2） 式中，μ 称为流体的动力粘度，单位为Pa· s 或kg/(m· s）。
对流传热的实验分析
对流传热的实验分析导言：热传导是物质内部的热量传递方式，而对流传热则是通过流体的运动来传递热量。
对流传热在自然界和工程领域都有广泛的应用。
本文将通过对流传热的实验分析，探讨其机理和影响因素。
一、实验设备和方法在对流传热的实验中，我们通常会使用一个加热器和一个冷却器。
加热器中的流体被加热，然后通过管道流动到冷却器中，从而实现热量的传递。
为了控制实验条件，我们需要测量加热器和冷却器中的温度、流速以及热量的转移率。
二、实验结果和讨论1. 温度分布在实验中，我们可以通过在加热器和冷却器中放置温度传感器来测量温度分布。
实验结果通常显示，在加热器中，温度随着距离加热源的远离而逐渐降低；而在冷却器中，温度随着距离冷却源的接近而逐渐升高。
这是因为加热器中的热量被流体吸收，并随着流动被带到冷却器中。
2. 热传递率实验中，我们可以通过测量加热器和冷却器中的温度差来计算热传递率。
热传递率是指单位时间内传递的热量。
实验结果显示，热传递率与流体的流速成正比。
当流速增加时，热传递率也随之增加。
这是因为流体的流动可以带走更多的热量，加快热量的传递速度。
3. 流体性质实验中，我们可以通过更换不同性质的流体来研究其对对流传热的影响。
实验结果表明，流体的热导率和比热容对对流传热起着重要作用。
热导率越大的流体，其传热能力越强；而比热容越大的流体，其储热能力越强。
因此，在工程应用中，我们可以根据需要选择合适的流体来实现高效的对流传热。
4. 几何形状实验中，我们还可以通过改变加热器和冷却器的几何形状来研究其对对流传热的影响。
实验结果显示，几何形状的改变会影响流体的流动状态，从而影响热量的传递。
例如，增加管道的弯曲会增加流体的阻力，降低热传递率；而增加表面积可以增加热量的传递速度。
结论：通过对流传热的实验分析，我们可以深入了解对流传热的机理和影响因素。
实验结果表明，对流传热是一种高效的热传递方式，其传热能力可以通过流速、流体性质和几何形状等因素进行调控。
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对流传热的机理
热流体流过固壁时,在湍流主体中,由于流体质点的剧烈湍动形成许多漩涡,使质点强烈混合而交换热量，温差极小，几乎不存在温度梯度；但在紧靠壁面处，有一层很薄的作层流流动的流体层（称为层流底层），在这薄层内，流体质点分层流动，热量以导热方式通过该层。
由于流体的导热系数很小，因而层流底层热阻很大，相应温差也很大。
在层流底层和湍流主体间还有一缓冲层，该层内，热对流和热传导同时存在，温度变化缓慢,温度梯度小。