第五章 对流传热的理论基础
合集下载
V4-第五章-对流传热的理论基础-2014
单位时间热对流传递到微元体的净热量： 1 + 2
t t Q对流 c p u v dxdy y x
Q导热 + Q对流 = U热力学能
单位时间导入导出的净热量： 单位时间热力学能的增量：
2t 2t Q导热 2 dxdy＋ 2 dxdy x y
t y
y 0
h
t
t y
y 0
λ：流体导热系数； ∂t/∂y： 贴壁流体层的温度梯度 注意与导热问题第三类边界条件的区别
例5－1： 热边界层中特定位置x处的温度分布由下式给出 ， t ( y) A By Cy 2 其中 A,B,C为常数。试求相应的局部换热系数hx的表达式。 分析：计算hx的公式主要有：对流换热微分方程式和努塞尔数准则。根据 本例条件，应该采用对流换热微分方程式计算。 解：
惯性力 体积力 压力梯度 粘性力
能量守恒方程：热力学第一定律 Q＝∆E+W
[导入与导出的净热量] + [热对流传递的净热量] + [内热源发热量]
= [总能量的增量] + [对外膨胀功]
Q — Q导热 Q对流 Q内热源
E — U 热力学能 U K（动能）
假设： 无内热源，低速流动，流体不对外作功
1. 流动边界层及其厚度的定义
普朗特 实验发现：流体近壁面流动时基于粘性力的速度梯度 主要存在于近壁面的薄层，主流区速度梯度很小。
yx
du dy
速度边界层的定义 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。
Ludwig Prandtl 1875-1953
Q导热 + Q对流 = U热力学能
对流传热的理论基础与工程计算
热对流中起着举足轻重的作用 ❖ 物理意义－单位体积流体携带并转移热量的能
力大小 ❖ 体积热容越大，表明单位体积流体携带并转移
热量的能力越强
❖ 水和空气冷却能力的对比 ❖ ——常温下：水的体积热容量约等于4175kJ
／(m3·℃)，空气仅为1.21 kJ／(m3·℃)，两者 差数千倍！ ❖ ——一般用水作为冷却介质
❖ （2）导热系数 ❖ 对流换热过程中也包含有流体导热的作用 ❖ 流体导热系数的大小会直接影响流体内部的热
量传递过程和温度分布状态 ❖ 特别是对紧贴固体壁面的那部分流体来说，导
热系数更是起着关键的作用
❖ 紧贴固体壁面的流体相对于壁面来说是静止的 ❖ 显然，导热系数越大，对流换热过程越强烈
❖ 仍以水和空气作比较，常温下水的导热系数比 空气高大约二十几倍
为Re
Re ulc ulc
❖ 确定流态的实验（雷诺试验）
❖ 层流—流体只沿着与流道轴心平行的流线流动 ，或者说在轴线或沿表面方向上作规则的缓慢 分层运动，仅有非常微弱的横向（指和流速垂 直的方向）混合
❖ 湍流—流线处于不规则的状态，除了存在纵向 （流动方向）速度外，在流动截面上也存在横 向速度。流体内部存在强烈的涡旋运动，处于 充分的混合算
❖ 热对流——流体（气体或液体）中温度不同各 部分发生相互混合的宏观运动引起的热量传递 现象，以流体整体作为研究对象
❖ 热对流的机理 ❖ ——（1）流体分子间微观的导热作用 ❖ ——（2）流体微团间宏观的对流作用
❖ 对流传热——相对运动的流体与其温度不同的 壁面接触时，流体与壁面之间的热量传递过程
❖ 粘度越大的流体，分子间的约束力就越强，相同流速 下越不容易发展成湍流状态
❖ 高粘度的油类较多地处于层流状态，表面传热系数一 般比较小
力大小 ❖ 体积热容越大，表明单位体积流体携带并转移
热量的能力越强
❖ 水和空气冷却能力的对比 ❖ ——常温下：水的体积热容量约等于4175kJ
／(m3·℃)，空气仅为1.21 kJ／(m3·℃)，两者 差数千倍！ ❖ ——一般用水作为冷却介质
❖ （2）导热系数 ❖ 对流换热过程中也包含有流体导热的作用 ❖ 流体导热系数的大小会直接影响流体内部的热
量传递过程和温度分布状态 ❖ 特别是对紧贴固体壁面的那部分流体来说，导
热系数更是起着关键的作用
❖ 紧贴固体壁面的流体相对于壁面来说是静止的 ❖ 显然，导热系数越大，对流换热过程越强烈
❖ 仍以水和空气作比较，常温下水的导热系数比 空气高大约二十几倍
为Re
Re ulc ulc
❖ 确定流态的实验（雷诺试验）
❖ 层流—流体只沿着与流道轴心平行的流线流动 ，或者说在轴线或沿表面方向上作规则的缓慢 分层运动，仅有非常微弱的横向（指和流速垂 直的方向）混合
❖ 湍流—流线处于不规则的状态，除了存在纵向 （流动方向）速度外，在流动截面上也存在横 向速度。流体内部存在强烈的涡旋运动，处于 充分的混合算
❖ 热对流——流体（气体或液体）中温度不同各 部分发生相互混合的宏观运动引起的热量传递 现象，以流体整体作为研究对象
❖ 热对流的机理 ❖ ——（1）流体分子间微观的导热作用 ❖ ——（2）流体微团间宏观的对流作用
❖ 对流传热——相对运动的流体与其温度不同的 壁面接触时，流体与壁面之间的热量传递过程
❖ 粘度越大的流体，分子间的约束力就越强，相同流速 下越不容易发展成湍流状态
❖ 高粘度的油类较多地处于层流状态，表面传热系数一 般比较小
《传热学》第5章_对流传热的理论基础分析
动量守恒定律
能量守恒定律
t t t 2t 2t u v 2 2 x y c p x y
12
第5章 对流传热的理论基础
2. 定解条件 (1)规定边界上流体的温度分布(第一类边界条件)
(2)给定边界上加热或冷却流体的热流密度(第二类边界条件)
1
第5章 对流传热的理论基础
5.1 对流传热概说
5.1.1 对流传热的影响因素
影响流动的因素和影响流体中热量传递的因素包括：
1. 流体流动的成因：强制对流or自然对流 2. 流体有无相变：流体显热or相变热
3. 流体的流动状态：层流or湍流，后者较大
4. 换热表面的几何因素：形状、大小、相对位置、换热表面状态 5. 流体的物理性质：密度、粘度、导热系数等等
(2) 稳态的对流问题，非稳态项消失，公式(5-6a)可以改写为：
2t 2t 对流项为速度矢量与温度梯度的点积 c p U gradt x 2 y 2 (3) 如果流体中有内热源，那么直接在(5-6)右端添加内热源项：
2 2 2 u v u v x, y 2 y y x x
第5章 对流传热的理论基础
复习：
对流传热：流体经过固体表面时流体与固体间的热量交换。
对流传热的表达形式——牛顿冷却公式：
Ahtm
t m 是流体与固体表面间的平均温差，总取正值。
关键点：表面传热系数h的定义式，没有揭示表面传热系数与影响它的 各物理量之间的内在联系。 主要内容：(1) 对流传热过程的物理本质 (2) 对流传热的数学描述方法 (3) 分析解的应用 关键点：(1) 掌握各种数学表达式所反映的物理意义 (2) 理解对流传热过程的物理本质
第五章 对流换热概述
在y方向上导入的净热量：
在x方向上流入的净热量
2t 2 dxdy y
u t ucptdy c p u dx t dx dy x x u t u t ucp tdy c p dy ut tdx udx dxdx x x x x u t u t c p t dxdy c p u dxdy c p dxdxdy x x x x
二、对流传热的基本公式 ( h 的确定方式)
q ht
W m2 Leabharlann qA hAt无滑移边界条件
W
t A y
y 0
令上两式相等则有
t Ah t A y
t h t y
y 0
则
y 0
§5-2
一、假设条件
对流换热问题的数学描述
为简化分析,对于常见影响对流换热问题的主要因素,做如 下假设: (1) 流动是二维的; (2) 流体为不可压缩的牛顿流体; (3) 流体物性为常数,无内热源; (4) 流速不高,忽略粘性耗散(摩擦损失) ; (5) 流体为连续性介质
v ~ 01 y
导数的数量级由因变量与自变量的数量级确定，所以
u ~ 01 x
a~02 的数量级为1，
这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）
u v 0 x y
1 1
2u 2u u u p u v 2 x y x x y 2
§5-3 边界层分析及边界层微分方程组
一.边界层的概念
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
在x方向上流入的净热量
2t 2 dxdy y
u t ucptdy c p u dx t dx dy x x u t u t ucp tdy c p dy ut tdx udx dxdx x x x x u t u t c p t dxdy c p u dxdy c p dxdxdy x x x x
二、对流传热的基本公式 ( h 的确定方式)
q ht
W m2 Leabharlann qA hAt无滑移边界条件
W
t A y
y 0
令上两式相等则有
t Ah t A y
t h t y
y 0
则
y 0
§5-2
一、假设条件
对流换热问题的数学描述
为简化分析,对于常见影响对流换热问题的主要因素,做如 下假设: (1) 流动是二维的; (2) 流体为不可压缩的牛顿流体; (3) 流体物性为常数,无内热源; (4) 流速不高,忽略粘性耗散(摩擦损失) ; (5) 流体为连续性介质
v ~ 01 y
导数的数量级由因变量与自变量的数量级确定，所以
u ~ 01 x
a~02 的数量级为1，
这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）
u v 0 x y
1 1
2u 2u u u p u v 2 x y x x y 2
§5-3 边界层分析及边界层微分方程组
一.边界层的概念
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
第5章对流传热的理论基础资料
5.3.1 流动边界层（Velocity boundary layer）及边界层动量方 程 1.流动边界层及其厚度的定义
由于粘性作用，流体流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐 降低；在贴壁处被滞止，处于无滑移状态。
从 y = 0、u = 0 开始，u 随着 y 方向离壁面距离的增加而迅速增ห้องสมุดไป่ตู้大；经过厚度为 的薄层，u 接近主流速度 u
体物性为常数、无内热源；（4）粘性耗散产生的耗散热（高速气
体的流动除外）可以忽略不计。
2.微元体能量收支平衡的分析
二维、常物性、无内热源的能量微分方程：
c
p
(
t
u
t x
v t ) y
( 2t
x 2
＋ 2t ) y 2
扩散项：导热引起的扩散作用
非稳态项：控制 对流项：流体流进与流出控制
容积中，流体温 容积净带走的热量
第5章 对流传热的理论基础
5.1 对流传热概说 5.2 对流传热问题的数学描写 5.3 边界层型对流传热问题的数学描写 5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论
第5章 对流传热的理论基础
1
5.1.1 对流传热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。
其影响因素主要有以下五个方面：(1）流体流动的起因; (2)流体有无相 变;(3)流体的 流动状态; (4)换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质。
那么，如何从流体中的温度分布来进一步得到表面传热系数呢？ 表面传热系数h与流体温度场间的关系：
第5章 对流传热的理论基础
4
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面的地方 流速逐渐减小，而在贴壁处流体将被滞止而处于无滑移状态。
由于粘性作用，流体流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐 降低；在贴壁处被滞止，处于无滑移状态。
从 y = 0、u = 0 开始，u 随着 y 方向离壁面距离的增加而迅速增ห้องสมุดไป่ตู้大；经过厚度为 的薄层，u 接近主流速度 u
体物性为常数、无内热源；（4）粘性耗散产生的耗散热（高速气
体的流动除外）可以忽略不计。
2.微元体能量收支平衡的分析
二维、常物性、无内热源的能量微分方程：
c
p
(
t
u
t x
v t ) y
( 2t
x 2
＋ 2t ) y 2
扩散项：导热引起的扩散作用
非稳态项：控制 对流项：流体流进与流出控制
容积中，流体温 容积净带走的热量
第5章 对流传热的理论基础
5.1 对流传热概说 5.2 对流传热问题的数学描写 5.3 边界层型对流传热问题的数学描写 5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论
第5章 对流传热的理论基础
1
5.1.1 对流传热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。
其影响因素主要有以下五个方面：(1）流体流动的起因; (2)流体有无相 变;(3)流体的 流动状态; (4)换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质。
那么，如何从流体中的温度分布来进一步得到表面传热系数呢？ 表面传热系数h与流体温度场间的关系：
第5章 对流传热的理论基础
4
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面的地方 流速逐渐减小，而在贴壁处流体将被滞止而处于无滑移状态。
《传热学》课程教学大纲-蔡琦琳
《传热学》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标(-)总体目标：《传热学》是研究由温差引起的热能传递规律的科学，是建筑环境与能源应用工程专业的一门基础课程和学位课程。
在制冷、热能动力、机械制造、航空航天、化工、材料加工、冶金、电子与电气和建筑工程等生产技术领域中存在大量的传热问题，课程旨在使学生掌握传热的基本概念、基本原理和计算方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认识，并能熟练运用基础知识来思考、分析和解决实际传热问题。
(二)课程目标：本课程旨在使学生掌握热量传递的三种基本方式及其物理机制，掌握传热基础理论与计算方法；掌握传热学的基本实验，具备分析工程传热问题的能力，能够解决增强传热、削弱传热和温度控制等工程传热问题；了解传热学的前沿知识及其在科学技术领域的应用，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及团队合作意识。
课程目标1：系统深入学习，掌握传热基础理论与计算方法。
1.1 掌握传热的基本概念、理论、机理及影响因素；1.2 掌握热传导、热对流和热辐射三种传热模式的基本公式，能够进行各种工况下传热量的计算，并能对工程传热问题进行描述和分析。
课程目标2：掌握传热实验，应用传热学知识，解决工程传热问题。
2.1 掌握传热学中的实验研究方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认识。
2.2 根据所学传热理论和实验知识，熟练掌握增强或削弱热能传递过程的方法，能够在工程应用中对热能有效利用、热力设备效率的提高、节能降耗技术等问题从传热学角度进行思考、分析和解决问题。
课程目标3：培养学生的自主学习意识、团队合作能力、口头和书面表达能力，探索传热学前沿科学知识。
3.1 通过课堂分组讨论等方式培养团队合作意识、沟通交流能力和对工程问题进行清清晰表达的能力；3.2 通过课外文献调研并撰写课程报告，提升文献查阅能力和书面表达能力。
(H)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系三、教学内容第一章结论1 .教学目标（1）了解传热的定义；了解传热学的研究内容及其在生活和工程中的应用；（2）掌握热量传递的三种基本方式及其物理机理；（3）掌握傅里叶定律、牛顿冷却定律及斯忒藩定律，并能应用这三个定律分析基础传热问题；（4）了解传热过程的特点以及电.热模拟的作用和意义；（5）掌握热流密度、热阻和综合传热系数的计算方法。
传热学5
7/42
分析 解法
采用数学分析求解的方法。
传热学 Heat Transfer
2.如何从获得的温度场来计算h 无论是分析解法还是数值法首先获得都是温度场， 如何由T→h？ t q 由傅里叶定律 w y
y 0
牛顿冷却公式
q w qc
qc h t w t
y
主流区
u∞
d 5 .0 离开前缘x处的边界层厚度 x Re x
局部表面传热系数
1/ 2 1/ 3 hx 0.332 Re x Pr x hx x 0.332 Re x1/ 2 Pr 1/ 3 Nu x 努塞尔数
（特征数方程，关联式）
u x 雷诺数： Re x 5 Re Re 5 10 关联式适用范围： c
25/42
传热学 Heat Transfer
1.数量级分析方法的基本思想 分析比较方程中等号两侧各项的数量级大小，在 同一侧内保留数量级大的项而舍去数量级小的项 2.实施方法 ①列出所研究问题中几何变量及物理变量的数量 级的大小，一般以1表示数量级大的物理量的量级。 以Δ表示小的数量级 ②导数中导数的数量级由自变量及因变量的数量 级代入获得
2t t t 2t c p u x v y x 2 y 2
28/42
传热学 Heat Transfer
5.4流体外掠平板传热层流 分析解及比拟理论
29/42
传热学 Heat Transfer
一、外掠等温平板层流流动下对流换热问 题的分析解
u v 0 x y
u u u p 2u 2u （ u v ) Fx ( 2 2 ) x y x x y v v v p 2v 2v （ u v ) Fy ( 2 2 ) x y y x y
分析 解法
采用数学分析求解的方法。
传热学 Heat Transfer
2.如何从获得的温度场来计算h 无论是分析解法还是数值法首先获得都是温度场， 如何由T→h？ t q 由傅里叶定律 w y
y 0
牛顿冷却公式
q w qc
qc h t w t
y
主流区
u∞
d 5 .0 离开前缘x处的边界层厚度 x Re x
局部表面传热系数
1/ 2 1/ 3 hx 0.332 Re x Pr x hx x 0.332 Re x1/ 2 Pr 1/ 3 Nu x 努塞尔数
（特征数方程，关联式）
u x 雷诺数： Re x 5 Re Re 5 10 关联式适用范围： c
25/42
传热学 Heat Transfer
1.数量级分析方法的基本思想 分析比较方程中等号两侧各项的数量级大小，在 同一侧内保留数量级大的项而舍去数量级小的项 2.实施方法 ①列出所研究问题中几何变量及物理变量的数量 级的大小，一般以1表示数量级大的物理量的量级。 以Δ表示小的数量级 ②导数中导数的数量级由自变量及因变量的数量 级代入获得
2t t t 2t c p u x v y x 2 y 2
28/42
传热学 Heat Transfer
5.4流体外掠平板传热层流 分析解及比拟理论
29/42
传热学 Heat Transfer
一、外掠等温平板层流流动下对流换热问 题的分析解
u v 0 x y
u u u p 2u 2u （ u v ) Fx ( 2 2 ) x y x x y v v v p 2v 2v （ u v ) Fy ( 2 2 ) x y y x y
第五章-传热学
h
' h,x
' h,y
cpuxtvytdxdy
8
单位时间内微元体热力学能的增加为
dU
d
cp
t
dxdy
于是根据微元体的能量守恒
h
dU
d
可得
2t x2
2t y2
dxdy
cpuxtvytdxdy
cp
t
dxdy
cptux tvy ttu xv y
2t x2
2t y2
2
20
cp
uxt
v t y
＝
2t x2
2t y2
1
11 1
1
2
1 1
1
2
对流换热微分方程组简化为
h t tw tf y w
u v 0 x y
简化方程组只有4个方
程，但仍含有h、u、v、 p、t 等5个未知量，方
程组不封闭。如何求解？
uuxvuy1ddpxy2u2
u t x
v t y
26
第六节 相似理论基础
相似原理指导下的实验研究仍然是解决复杂对流换 热问题的可靠方法。
相似原理回答三个问题： （1）如何安排实验？ （2）如何整理实验数据？ （3）如何推广应用实验研究结果？
一、 相似原理的主要内容
1.物理现象相似的定义 2.物理现象相似的性质 3.相似特征数之间的关系 4.物理现象相似的条件
三、解的函数形式——特征数关联式
特征数是由一些物理量组成的无量纲数，例如毕 渥数Bi和付里叶数Fo。对流换热的解也可以表示成 特征数函数的形式，称为特征数关联式。
通过对流换热微分方程的无量纲化可以导出与对 流换热有关的特征数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
h A t
只是表面传热系数 h 的一个定义式，它并没 有揭示 h 与影响它的各物理量间的内在关系， 研究对流传热的任务就是要揭示这种内在的
联系，确定计算表面传热系数的表达式。
1 对流传热的定义和性质
对流传热是指流体流经固体表面时流体与固体 表面之间的热量传递现象。
● 对流传热中，导热与对流同时起作用；不是基本 传热方式。 ● 对流传热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却； 3)电风扇
（Phase change（ ）Condensation） （Boiling）
(4) 换热表面的几何因素：
内部流动对流传热：管内或槽内 外部流动对流传热：外掠平板、圆管、管束
流体的热物理性质： 热导率
[W ( m K ) ]
2 [ m s ]
比热容
c[J( k g K )]
运动粘度
密度 [kg m3] 体胀系数
[ 1K ]
2 [ N s m ] 动力粘度
1 v 1 v Tp Tp
对流传热分类小结
单相对流传热 对流传热 相变对流传热 凝结传热 膜状凝结 沸腾传热 管内沸腾 珠状凝结 大容器沸腾
自然对流 单相 对流 传热 混合对流 强制对流
M ( v ) y M M dy dxdy y y dy y y
单位时间内微元体内流体质量的变化:
( dxdy ) dxdy
微元体内流体质量守恒(单位时间内)：
流入微元体的净质量 = 微元体内流体质量的变化
( u ) ( v ) 即： dxdy dxdy dxdy x y
第五章 对流传热的理论基础
§5-1 对流传热概说
• 自然界普遍存在对流传热，它比导热更复杂。
• 到目前为止，对流传热问题的研究还很不充 分。(a) 某些方面还处在积累实验数据的阶 段；(b) 某些方面研究比较详细，但由于数 学上的困难；使得在工程上可应用的公式大 多数还是经验公式（实验结果）
牛顿公式
自然对流换热增强
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h f ( v , t , t , , c , ,,, l ) w f p
6 对流传热的分类： (1) 流动起因
自然对流：流体因各部分温度不同而引起的 密度差异所产生的流动
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动
§5-2 对流传热问题的数学描写
为便于分析，推导时作下列假设： • • • • 流动是二维的 流体为不可压缩的牛顿型流体 流体物性为常数、无内热源； 粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计
1
质量守恒方程(连续性方程)
流体的连续流v动遵循质量守恒定 律 从流场中 (x, y) 处取出边长为 dx、dy 的 微元体（z方向为单位长度），如图所示， 质量流量为M [kg/s]
h 强制 h 自然
(2) 流动状态
h h 湍流 层流
h h 相变 单相
）
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 （Laminar flow
（Turbulent flow） 湍流：流体质点做复杂无规则的运动 （紊流）
(3) 流体有无相变
单相传热： （Single phase heat transfer） 相变传热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
5 影响表面传热系数 h • 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
的因素有以下5 方面
间导热热阻小 ) h(流体内部和流体与壁面
、 c h (单位体积流体能携带更 多能量 )
h (有碍流体流动、不利于 热对流 )
( u ) ( v) 0 y x
对于二维、稳态流动、密度为常数时：
2 对流传热的特点 (1) 导热与对流同时存在的复杂热量传递过 程； (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观 运动；也必须有温差； (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影 响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界 层。
3 对流传热的基本计算式 牛顿冷却式:
Φ hA ( t t ) W w
q ΦA h ( tw tf ) Wm
2
4 表面传热系数（对流传热系数）
2 h Φ ( A ( t t )) W (m C) w
当流体与壁面温度相差1度时、每 单位壁面面积上、单位时间内所传递的 热量
h ——
如何确定h及增强换热的措施是对流传热的 核心问题
研究对流传热的方法： （1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法
层流 大空间自然对流 紊流 层流 有限空间自然对流 紊流
管内强制对流传热 流体横掠管外强制对流传热 流体纵掠平板强制对流传热
7 对流传热过程微分方程式
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用， 在贴壁处被滞止， 处于无滑移状态（即： y=0,
u=0）
在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式
传递
根据傅里叶定律：
t q y
y=0
t y y0 为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率 为流体的导热系数
将牛顿冷却公式与上式联立，即可得 到对流传热过程微分方程式
t h t y
的温度梯度
y 0
h 取决于流体导热系数、温差和贴壁流体
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动 状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、 表面粗糙度等 温度场取决于流场 速度场和温度场由对流传热微分方程组确定： 质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
分别写出微元体各方向的质量流量分量：
X方向：
M udy x
M x M M dx x dx x x
单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质 量：
M ( u ) x M M dx dxdy x x dx 流入微元体 的净质量：