东南大学传热学对流换热总结
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传热学第5章讲解
A qxdA
A
hx
tw
tf
x
dA
tw tf
A hxdA
等壁温，tw
tf
x
tw
tf
常数
对照式 = A h( tw－tf ) 可得
h 1 A
A hxdA
如何确定表面传热系数的大小是对流换热计算的
核心问题，也是本章讨论的主要内容。
5－1 对流换热概述
h t tw t y y0
上面两式建立了对流换热表面传热系数与温度场 之间的关系。而流体的温度场又和速度场密切相关， 所以对流换热的数学模型应该包括描写速度场和温度 场的微分方程。
5-2.对流换热过程的数学描述
一、连续性微分方程（质量守恒） y
u v 0
dy
x y
(2) 流动的状态 层流 ：流速缓慢，流体分层地平行于壁面方 向流动，垂直于流动方向上的热量传递 主要靠分子扩散（即导热）。
6
紊流
：流体内存在强烈的脉动和旋涡，使各 部分流体之间迅速混合，因此紊流对流 换热要比层流对流换热强烈，表面传热 系数大。
7
(3) 流体有无相变 沸腾换热 凝结换热
(4) 流体的物理性质
q = h( tw－tf ) =h tm
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度 ; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
tm—平均换热温差。
对于局部对流换热，
qx
hx
tw
tf
x
4
ut 0
dx cp x dxdy
传热学第二章对流换热
在y=δt时，流体温度接近主流温度
tf.流体由tw变化到接近tf的这一薄层 即为热边界层，δt为热边界层的厚
δtt
度。对流换热主要发生在热边界层
tw
内。
传热学第二律
一、边界层概念
在层流边界层中，热量的传递只能依靠流体层与层间的 导热作用，此时对流换热较弱。在紊流边界层中，层流底 层的热量传递方式仍是导热，但在层流底层以外存在着对 流，因而对流换热较强。所以对流换热实际上是包括流体 层流的导热和层流以外的对流共同作用的综合传热过程。 若同一流体在相同的温度下流过同一壁面时，则层流底层 越薄，对流换热越强烈。
一、沸腾换热
图中B点之前的过程， Δt=1-5℃，热流通量较低， 即使壁面上产生气泡也不能脱离上浮，蒸发只能在液 体表面进行。这时的沸腾称为对流沸腾。其换热服从 单相对流换热规律。
图中B—C段，Δt=5-25℃，温差增大，有大量气 泡在壁面上不断生成、长大、跃离。由于气泡的迅速 生长和激烈运动，强烈扰动周围液体，使换热系数α 和热流通量都急剧增大，在一定的Δt下α达到峰值。 因为在B—C段的换热主要取决于气泡的生成和运动， 故称泡态沸腾或核态沸腾。一般工业设备中的沸腾都 维持在泡态沸腾范围内。
传热学第二章对流换热
第二章 对流换热
1 对流换热分析及牛顿冷却定律
2 相似理论及其在对流换热中的应用
3 对流换热计算 4 沸腾与凝结换热
传热学第二章对流换热
第二章 对流换热
对流是指在流体各部分之发生相对位移时， 热量由一处传递到另一处的现象，这种现象只能 发生在流体内部。但是，在工程中通常遇到的并 不是只在流体内部进行的纯粹的热对流，而是在 流体与固体壁之间发生的对流换热。所谓对流换 热（又称放热）是指流体与固体壁直接接触而又 有相对运动时的热量传递过程。在这一过程中， 不仅有对流作用，同时还伴随有导热作用。
传热学心得体会
传热学心得体会传热学是研究热量在物体之间传递的学科，它在我们日常生活和工程实践中都扮演着重要的角色。
通过学习传热学，我深刻理解了热量的传递方式、途径和影响因素，下面将分享我对传热学的心得体会。
一、热传导：承接热量的“接力棒”热传导是物体内部热量传递的方式之一。
在传热学中，我了解到热传导是由分子之间的相互作用导致的。
当物体的一部分受热时，其周围的分子会通过碰撞将热量传递给邻近的分子。
这类似于接力赛中的接力棒，热量在物体内部通过分子相互碰撞的方式传递。
热传导的速度与物体的导热性质相关，我了解到导热性能好的物质会更有效地传导热量。
例如，金属具有良好的导热性能，因此金属制品在传热过程中会传递更多的热量。
而绝缘材料则有较低的导热性能，可以减少热量的传递。
二、对流传热：热流之水，携热而行对流传热是指热量通过流体的传递方式。
这种传递方式在我们日常生活中非常常见，例如风扇吹来的冷风、水的热量传递等。
在对流传热中，热量基本上是通过流体的对流来传递的。
对流传热的特点是需要通过流体来承载热量，并且需要有流体内的物质运动。
例如，当水加热时，受热的水会被加热并上升，而凉爽的水则下沉，形成对流。
这种对流传热方式可以使热量更快地传递，提高传热效率。
三、辐射传热：能量的跳跃传递辐射传热是指通过电磁波辐射的方式传递热量。
这种方式在太阳能、火焰热等场景中广泛应用。
辐射传热是一种无需通过介质的传递方式，热量可以直接在真空中传递。
辐射传热是由发射热辐射的源头向周围的物体传递热量。
在传热学中，我了解到热辐射是由发射、传输和吸收三个过程组成的。
当一个物体的温度高于其周围的物体时，它将以电磁波的形式发射热辐射，传递给周围的物体。
这种方式使得热量可以越过空气、液体和固体等物质直接传入目标物体内部。
四、传热过程的应用通过学习传热学，我不仅了解了传热的基本原理，还学到了如何将传热知识应用于日常生活和工程实践中。
例如，我们在空调工作原理中应用了对流传热，通过冷热空气的流动来调节室内温度。
《传热学》第五章--对流换热分析报告
对流换热过程方程：
二、连续性方程
推导依据——质量守恒定律
各方向流进和流出微元体的质量流量：
将以上四式代入质量守恒定律： 得出：
三、动量微分方程式(N•S方程)
推导依据——牛顿第二定律F＝ma
1.微元体的质量×加速度： DU 在两个方向的分量分别为：
d
2.微元体所受的外力：（x,y两方向）
将上式在x,y两个方向代入牛顿第二定律，得到Navier-Stokes方程： 对于不可压缩流体：
换热器蒸汽锅炉水循环系统冷凝器连续肋片管束环肋片管束采暖散热器第一节对流换热概述影响对流换热的因素一流动的起因和流动状态起因自然对流受迫对流流动状态层流紊流混合对流二流体的热物理性质比热容导热系数密度黏度体积膨胀系数等比热容和密度大单位体积流体能携带更多能量导热系数大流体内部导热能力强黏度小流体流动顺畅h增大体积膨胀系数对理想气体re增大h增大定性温度换热中起主导作用的温度以此特征温度确定物性参数可将物性参数按常数处理三流体的相变凝结沸腾融化凝固升华凝华冷凝器锅炉四换热表面几何因素壁面尺寸粗糙度形状及与流体的相对位置对流表面传热系数h的多参数函数定型尺寸换热中有决定意义的尺寸以此特征尺寸作为分析计算的依据能准确反映物体形状对换热的影响对流换热情况分类第二节对流换热微分方程组对流换热问题总的求解步骤二维不可压缩牛顿型流体速度场温度场已知条件动量方程能量方程过程方程一对流换热过程微分方程式推导依据
二、相似原理
1.相似性质——相似的现象，其同名相似准则必定相等
雷诺准则
——受迫对流中惯性力和黏滞力的相似倍数之比
格拉晓夫准则 普朗特准则
——自然对流中浮升力和黏滞力的相似 倍数之比
——流体动量传递能力和热量传递能力的相对大小
努谢尔特准则
二、连续性方程
推导依据——质量守恒定律
各方向流进和流出微元体的质量流量：
将以上四式代入质量守恒定律： 得出：
三、动量微分方程式(N•S方程)
推导依据——牛顿第二定律F＝ma
1.微元体的质量×加速度： DU 在两个方向的分量分别为：
d
2.微元体所受的外力：（x,y两方向）
将上式在x,y两个方向代入牛顿第二定律，得到Navier-Stokes方程： 对于不可压缩流体：
换热器蒸汽锅炉水循环系统冷凝器连续肋片管束环肋片管束采暖散热器第一节对流换热概述影响对流换热的因素一流动的起因和流动状态起因自然对流受迫对流流动状态层流紊流混合对流二流体的热物理性质比热容导热系数密度黏度体积膨胀系数等比热容和密度大单位体积流体能携带更多能量导热系数大流体内部导热能力强黏度小流体流动顺畅h增大体积膨胀系数对理想气体re增大h增大定性温度换热中起主导作用的温度以此特征温度确定物性参数可将物性参数按常数处理三流体的相变凝结沸腾融化凝固升华凝华冷凝器锅炉四换热表面几何因素壁面尺寸粗糙度形状及与流体的相对位置对流表面传热系数h的多参数函数定型尺寸换热中有决定意义的尺寸以此特征尺寸作为分析计算的依据能准确反映物体形状对换热的影响对流换热情况分类第二节对流换热微分方程组对流换热问题总的求解步骤二维不可压缩牛顿型流体速度场温度场已知条件动量方程能量方程过程方程一对流换热过程微分方程式推导依据
二、相似原理
1.相似性质——相似的现象，其同名相似准则必定相等
雷诺准则
——受迫对流中惯性力和黏滞力的相似倍数之比
格拉晓夫准则 普朗特准则
——自然对流中浮升力和黏滞力的相似 倍数之比
——流体动量传递能力和热量传递能力的相对大小
努谢尔特准则
东南大学传热学 第五章 对流换热
• 在其他条件相同时湍流换热的强度要强于层流。
换热表面几何因素对换热的影响
• 这里的几何因素是指换热面的形状、大小、换热表面 与流体运动方向的相对位置以及换热面的表面状态 （光滑或粗糙）等。
• 流体流过不同换热面时，由于其流动规律不同（速度 分布不同），所以换热情况也不同。
• 演示：流体流过不同物体时的流动状况
流动边界层的定义
定义：由流体力学的知识可知，当流体沿着固 体壁面流动时，由于流体粘性的作用，使壁面 附近的流体流动速度迅速的降低，直至贴壁处 速度降低为零。这种在固体表面附近流体速度 发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，也称为 速度边界层。边界层的厚度根据规定的接近主 流速度程度的不同而有所不同，通常规定达到 主流速度的99％处的离壁距离为边界层的厚度，
＝cp x2t2 y2t2 扩散项
能量方程式的说明
• 从方程中可以看出，方程共有四项组成； • 第一项为非稳态项，说明非稳态温度场
对于对流换热的影响； • 第二、三项为对流项，说明流动速度对
于对流换热问题的影响；
• 第四项为扩散项，说明导热对于对流换 热的影响。
• 所以可以说对流换热是流体热对流与导 热共同作用的综合传热过程。
• 一般而言，有相变时的对流换热系数大于无相 变时的换热系数。
流动状态对换热的影响
• 流体力学的研究已经表明，粘性流体存在着两种不同 的流态——层流和湍流。
• 层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动， 此时换热的主要热阻是层流边界层的厚度。
• 湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合，换热主要以 热对流为主。
• 对流换热现象是生活和工程中常见的热量传递 现象
影响对流换热的因素
• 流体流动的起因 • 流体有无相变 • 流体的流动状态 • 换热表面的几何因素 • 流体的物理性质
换热表面几何因素对换热的影响
• 这里的几何因素是指换热面的形状、大小、换热表面 与流体运动方向的相对位置以及换热面的表面状态 （光滑或粗糙）等。
• 流体流过不同换热面时，由于其流动规律不同（速度 分布不同），所以换热情况也不同。
• 演示：流体流过不同物体时的流动状况
流动边界层的定义
定义：由流体力学的知识可知，当流体沿着固 体壁面流动时，由于流体粘性的作用，使壁面 附近的流体流动速度迅速的降低，直至贴壁处 速度降低为零。这种在固体表面附近流体速度 发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，也称为 速度边界层。边界层的厚度根据规定的接近主 流速度程度的不同而有所不同，通常规定达到 主流速度的99％处的离壁距离为边界层的厚度，
＝cp x2t2 y2t2 扩散项
能量方程式的说明
• 从方程中可以看出，方程共有四项组成； • 第一项为非稳态项，说明非稳态温度场
对于对流换热的影响； • 第二、三项为对流项，说明流动速度对
于对流换热问题的影响；
• 第四项为扩散项，说明导热对于对流换 热的影响。
• 所以可以说对流换热是流体热对流与导 热共同作用的综合传热过程。
• 一般而言，有相变时的对流换热系数大于无相 变时的换热系数。
流动状态对换热的影响
• 流体力学的研究已经表明，粘性流体存在着两种不同 的流态——层流和湍流。
• 层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动， 此时换热的主要热阻是层流边界层的厚度。
• 湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合，换热主要以 热对流为主。
• 对流换热现象是生活和工程中常见的热量传递 现象
影响对流换热的因素
• 流体流动的起因 • 流体有无相变 • 流体的流动状态 • 换热表面的几何因素 • 流体的物理性质
传热学内容总结
绪论部分一、热量传递的三种基本方式⒈导热应充分理解导热是物质的固有本质，无论是气体、液体还是固体液态还是固态，都具有导热的本领。
利用傅里叶定律进行稳态一维物体导热量的计算。
应能区分热流量Φ和热流密度q。
前者单位是w，后者单位是w／m2，且q＝Φ／A。
同时还应将热流量Φ与热力学中的热量Q区别开来，后者的单位是J。
传热学中引入了时间的概念，强调热量传递是需要时间的。
充分掌握导热系数λ是一物性参数，其单位为w／(m·K)；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。
对不同的物质，可用教材的附录查得导热系数值。
⒉对流掌握对流换热是流体流过固体壁面且由于其与壁面间存在温差时的热量传递现象，它与流体的流动机理密不可分；同时，由于导热也是物质的固有本质，因而对流换热是流体的宏观热运动(热对流)与流体的微观热运动(导热)联合作用的结果。
初步会运用牛顿冷却公式或计算对流换热量。
注意其中A为换热面积，必须是流体与壁面间相互接触的、与热量传递方向相垂直的面积。
掌握对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。
也正因为如此，不同对流换热过程的表面传热系数的数量级相差很大。
⒊热辐射掌握热辐射的特点，区分它与导热及对流的不同之处。
掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
它是一个黑体表面向外界发射的辐射热量，而不是一个表面与外界之间以辐射方式交换的热量。
通过对两块非常接近的互相平行黑体壁面间辐射换热的计算，以了解辐射换热的概念。
应注意三种热量传递方式并不是单独出现，常常串联或并联在一起起作用。
可以结合日常生活及工程实际中的实例加深理解。
二、传热过程与传热系数⒈传热过程充分理解传热过程是热量在被壁面隔开的两种流体之间热量传递的过程。
在传热过程中三种热量传递方式常常联合起作用。
能对一维平壁的传热过程进行简单的计算。
理解传热系数K是表征传热过程强弱的标尺。
既然对流换热表面传热系数h是过程量，它常作为传热过程的一个环节，因而传热系数也是过程量。
传热学-第四章 对流换热的理论分析第一讲-动力工程
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定： 连续性方程、动量方程、能量方程
对流换热过程微分方程式
h（x Tw
T）
T y
w, x
与导热中的第三类边界条件有何本质差异？
流体中的温度梯度 流体的热物性
4-2 对流换热过程的数学描述
为便于分析，只限于分析二维对流换热
假设：a) 流体为不可压缩的牛顿型流体
4-1 对流换热概述
一、对流换热
1、定义：流体与固体壁直接接触、且存在相对运 动时所发生的热量传递过程
Tw T
对流换热与热对流不同 不是基本传热方式
对流 & 对流换热
对流，流体中温度不同的各部分之间，由于相对的 宏观运动而把热量从一处迁移至另一处的过程
流体在作相对宏观运动的同时，分子的微观运动并 没有停止，也就是说流体微团内部还以导热方式传递 热量，这一作用习惯上称为扩散作用
（2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍 流时的局部表面摩擦系数推知局部表面传热系数
（3）实验法 用相似理论指导
四、对流换热过程的单值性条件
单值性条件：能单值地反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界 1、几何条件 说明对流换热过程中的几何形状和大小
速度边界层
在紧靠壁面的流体薄层内，由于分子导热，热量从 壁面传递到流体中
当热量通过导热自壁面传入流体后，一部分以焓的 形式被运动着的流体带向下游-----热对流；另一部分 则以热量的形式通过导热传向离壁面稍远的流体层----热扩散
热扩散
热对流
被加热的流体向前运动，带走了一部分热量，从而使 向垂直于壁面方向传递的热量逐渐减少；流体中的温 度变化率也逐渐衰减
对流换热过程微分方程式
h（x Tw
T）
T y
w, x
与导热中的第三类边界条件有何本质差异？
流体中的温度梯度 流体的热物性
4-2 对流换热过程的数学描述
为便于分析，只限于分析二维对流换热
假设：a) 流体为不可压缩的牛顿型流体
4-1 对流换热概述
一、对流换热
1、定义：流体与固体壁直接接触、且存在相对运 动时所发生的热量传递过程
Tw T
对流换热与热对流不同 不是基本传热方式
对流 & 对流换热
对流，流体中温度不同的各部分之间，由于相对的 宏观运动而把热量从一处迁移至另一处的过程
流体在作相对宏观运动的同时，分子的微观运动并 没有停止，也就是说流体微团内部还以导热方式传递 热量，这一作用习惯上称为扩散作用
（2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍 流时的局部表面摩擦系数推知局部表面传热系数
（3）实验法 用相似理论指导
四、对流换热过程的单值性条件
单值性条件：能单值地反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界 1、几何条件 说明对流换热过程中的几何形状和大小
速度边界层
在紧靠壁面的流体薄层内，由于分子导热，热量从 壁面传递到流体中
当热量通过导热自壁面传入流体后，一部分以焓的 形式被运动着的流体带向下游-----热对流；另一部分 则以热量的形式通过导热传向离壁面稍远的流体层----热扩散
热扩散
热对流
被加热的流体向前运动，带走了一部分热量，从而使 向垂直于壁面方向传递的热量逐渐减少；流体中的温 度变化率也逐渐衰减
对流换热总结
学习要求 1. 对流换热 定性：对流换热的机理及影响因素，边界层概念及 其应用，相似理论指导下的实验研究方法。 定量：正确选择准则关联式计算几种典型的无相变 对流换热（管槽内强制对流换热、外掠平板、单管 及管束强制对流换热、大空间及有限空间自然对流 换热等）的表面传热系数及对流换热量。
1
学习要求 2. 凝结和沸腾 定性：凝结和沸腾两种对流换热方式的特点及影响 因素，尤其是膜状凝结的影响因素和大空间饱和沸 腾曲线。 定量：竖壁和倾斜壁、水平单管和管束的膜状凝结 的工程计算，以及大空间饱和沸腾及临街热流密度 的计算。
h x
t t x y w , x 可知，该式
3.管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强 化流体换热？
8
习题
1. 用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为0.1mm的 电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝 温度为55℃，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外 其他热损失忽略不计。试确定此时的来流速度。
④注意牛顿冷却公式的变化。主要体现在温差和换 5 热面积的不同。
基本知识点 ⑤实际问题中常常使用迭代的方法求解。 流体出口温度未知：无法确定流体物性参数及是 否进行温差修正 管径未知：无法判定流态及是否进行入口段修正 流速未知：无法判定流态 管壁温度未知：无法判定是否进行温差修正 假设——按对流换热问题计算——热平衡校核 ⑥根据已学的知识判断计算结果的正确性。
9
基本知识点 2. 凝结和沸腾 凝结换热的条件
膜状凝结和珠状凝结
影响膜状凝结的因素
沸腾换热的条件
大空间饱和沸腾曲线
影响沸腾换热的因素
7
习题 1.由对流换热微分方程 中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热 系数与流体速度场无关。判断这种说法的正确性。 2.比较准则数Nu和Bi的异同。
1
学习要求 2. 凝结和沸腾 定性：凝结和沸腾两种对流换热方式的特点及影响 因素，尤其是膜状凝结的影响因素和大空间饱和沸 腾曲线。 定量：竖壁和倾斜壁、水平单管和管束的膜状凝结 的工程计算，以及大空间饱和沸腾及临街热流密度 的计算。
h x
t t x y w , x 可知，该式
3.管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强 化流体换热？
8
习题
1. 用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为0.1mm的 电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝 温度为55℃，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外 其他热损失忽略不计。试确定此时的来流速度。
④注意牛顿冷却公式的变化。主要体现在温差和换 5 热面积的不同。
基本知识点 ⑤实际问题中常常使用迭代的方法求解。 流体出口温度未知：无法确定流体物性参数及是 否进行温差修正 管径未知：无法判定流态及是否进行入口段修正 流速未知：无法判定流态 管壁温度未知：无法判定是否进行温差修正 假设——按对流换热问题计算——热平衡校核 ⑥根据已学的知识判断计算结果的正确性。
9
基本知识点 2. 凝结和沸腾 凝结换热的条件
膜状凝结和珠状凝结
影响膜状凝结的因素
沸腾换热的条件
大空间饱和沸腾曲线
影响沸腾换热的因素
7
习题 1.由对流换热微分方程 中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热 系数与流体速度场无关。判断这种说法的正确性。 2.比较准则数Nu和Bi的异同。
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1.6m/s 10℃ 水
28 31
解：热稳定时，加热器产生的热量等于通过绝热层散失的热 量加上水在管内吸收的热量，所以水在管内吸收的热量为
' 1 2% 42.05 1 2% 41.21kW
'
m cp
t"f
t
' f
t
" f
t
' f
' m cp
t
' f
'
uAcp
t
' f
4'
ud i2c p
解：该问题属于外掠圆柱体的对流换热。
定性温度：tm
1 2
tw
t
1 2
3115
23℃
查取物性参数 m 2.164 10 2 W/m K, m 15.34 10 6 m2/s, Prm 0.702
计算已定准则
Rem
udo
m
41842.8 35103 2.5 360015.34 106
1.0607104
选取公式 Num 0.0266Re0m.805 Prm1/3 0.02661.0607105 0.805 0.702 1/3 262.6
计算面传热系数
h
Numm
do
262.6 2.164102 35102
19.6W/
m2 K
计算散热量 hAtw t hdHtw t 19.63.14 0.351.753115 603.55W 5.5106 J
l
2
散热量
1 hAtw t hdltw t
4.483.14 10102 250 10 112.5W
水平部分
Grm
gtd 3 2
计算已定准则
Grm
gtl 3 2
竖直管部分
Grm
gtl3 2
gtl3
Tm 2
9.81 50 10 23 30 273 16106
2
4.0471010
计算公式
Num
0.11Gr
Pr
1/ 3 m
0.11
4.0471010
0.701 1/3
335.5
计算表面传热系数 h Numm 335 .5 2.67 102 4.48W/ m2 K
•
计算表面传热系数 h Nu f f
di
250.8 58.65102 28103
5253.4W/
m2 K
• 根据热平衡计算内壁温度 ' hAl twi t f
twi
' hAl
tf
'
hdil
tf
5253
41.21103 3.14 28103
1.7
15
67.5℃
从管内壁到管外壁进行的热量传递过程为通过圆筒壁的导 热，所以可以根据圆筒壁导热量计算公式计算管外壁温度
34.6 ℃
。管子的内径 d 20mm，水在管内的流速
为 u 2m/s ，求表面传热系数和管内壁温度。
u 2m/s
t ' 25.3℃ f
l 5m
d 20mm t“ 34.6 ℃
f
解：该换热属于管内强制对流换热。
定性温度 t 1 t' t" 1 25.3 34.6 30 ℃
4 41.21103
10 999.7 1.63.14 28103 2 4.191103 20℃
要求管外壁温度，必须首先知道管内壁温度。而管内壁温 度的大小与管内流体与管内壁的换热有关，因此应先计算 流体与管内壁的对流换热表面传热系数，此时的换热属于 管内流体强制对流换热。
•
定性温度：t f
例题
• 室内有一散热管道，布置如图。试计算该管道的散热量。 假设管道表面温度为50℃，室内空气温度为10℃，管道 的直径为10cm。
4m 10cm
2m
解：该问题属于自然对流换热。
定性温度
tm
1 2
tw
t
1 2
50 10
30℃
查取物性参数 m 2.67 10 2 W/m K, m 16.00 106 m2/s, Prm 0.701
1 2
t
' f
t
" f
1 10 20 15℃
2
• 查取物性参数：f 58.65102 W/m K, f 1.156106 m2/s, Prf 8.27
•
计算已定准则
Re f
udi
f
1.6 28103 1.156106
3.875104
• 选取公式 Nu f 0.023Re0f.8 Prf0.4 0.023 3.875104 0.88.270.4 250.8
2 f
f
f
2
查取物性参数 0.618 Wm K f
f 0.805106 m2/s
Pr f 5.42
计算已定准则
Re f
ud
2 20 10 3 0.805 10 6
4.97 104
选取实验关联式 Nu f 0.023Re0f.8 Prf0.4 0.023 4.97104 0.8 5.42 0.4 258.5
' two twi 1 ln do
2 l di
two
'
1
2 l
ln
do di
twi
41.21103 ln
2 3.14 18 1.7
31 67.5 89.3℃ 28
例题
一个优秀的马拉松长跑运动员可以在2.5h内跑完全程 （ 41842.8 m）。为了估计他在跑步过程中消耗的热量， 可以作这样的简化：把人体看成是高1.75m、直径为 0.35m的圆柱体，皮肤温度作为柱体表面温度，取31℃； 空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端的散热，试据 此估计一个马拉松长跑运动员跑完全程的散热量（不计出 汗散热的部分）。
对流换热计算
对流换热计算的主要步骤
• 确定换热类型； • 计算定性温度； • 根据定性温度查取物性参数； • 计算已定准则； • 根据已定准则选取实验关联式； • 核实题目条件与关联式条件是否吻合； • 作相应的修正。
例题
1.水流过长 l
5m、壁温均匀的直管时，从
t' f
25.3℃ 被加热
到
t“ f
计算表面传热系数
h Nu f f
d
258 .5 0.618 20 10 3
7988 W/ m2 K
计算管子内壁温度，根据热平衡原理有
u d 2
4
cp
t
" f
t
' f
hdl tw t f
tw
tf
hdl
39.7
℃
检查所用公式的适用条件与题目是否相符
例题
在一次对流换热实验中，10℃的水以1.6m/s的速度流入 内径为28mm、外径为31mm、长为1.7m的管子。管子 外表面均匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外还包有绝热 层。设加热器总功率为42.05kW，通过绝热层的散热损失 为2％，管材的导热系数为18W/mK。试确定： （1）管子出口处的平均水温； （2）管子外表面的平均温度。