传热学第四章 对流换热原理.ppt
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传热学对流换热
1.流体流动产生的原因 强制对流
强制 自然
外力（如泵与风机）迫使流体产生运动，有 整齐的宏观运动，流速是决定因素。 整齐的宏观运动，浮升力的大小是决定因素。
自然对流 流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无 2.流体流动的状态 无流体微团的横向脉动，法线方向为导热。 层流 紊流 层流 紊流 有流体微团的横向脉动，主要靠热对流方式传热。 3.流体的热物理性质
膜流向相同，则会加速液膜的流动，使液膜变薄，传热加快。 （若u<10m/s时，可不考虑这一影响）
27
（3）换热表面状况的影响 表面粗糙、不清洁、有结垢和生锈等会使表面液膜增
厚，还会产生附加导热热阻，使换热系数减小。
（4）管排方式的影响 对单管：横放比竖放换热好，因管外液膜短而薄。 对管束：当管排数相同时，叉排换热系数最大，辐向
排列次之，顺排最小。
28
管束的三种排列方式
29
二、沸腾换热
1.特点：
（1）大容器沸腾：加热面上产生的汽泡能自由上 升，并在上升过程中不受液体流动的影响，液 体的运动只是由自然对流和汽泡扰动引起。 （2）主要特点：①汽泡的产生和运动；②液体汽 化吸收大量的汽化潜热；③由于汽泡形成和脱离 时带走热量，使加热表面不断受到冷流体的冲刷 和强烈的扰动，所以沸腾换热强度远大于无相变 的换热。
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
空气自然对流
强制 自然
外力（如泵与风机）迫使流体产生运动，有 整齐的宏观运动，流速是决定因素。 整齐的宏观运动，浮升力的大小是决定因素。
自然对流 流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无 2.流体流动的状态 无流体微团的横向脉动，法线方向为导热。 层流 紊流 层流 紊流 有流体微团的横向脉动，主要靠热对流方式传热。 3.流体的热物理性质
膜流向相同，则会加速液膜的流动，使液膜变薄，传热加快。 （若u<10m/s时，可不考虑这一影响）
27
（3）换热表面状况的影响 表面粗糙、不清洁、有结垢和生锈等会使表面液膜增
厚，还会产生附加导热热阻，使换热系数减小。
（4）管排方式的影响 对单管：横放比竖放换热好，因管外液膜短而薄。 对管束：当管排数相同时，叉排换热系数最大，辐向
排列次之，顺排最小。
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管束的三种排列方式
29
二、沸腾换热
1.特点：
（1）大容器沸腾：加热面上产生的汽泡能自由上 升，并在上升过程中不受液体流动的影响，液 体的运动只是由自然对流和汽泡扰动引起。 （2）主要特点：①汽泡的产生和运动；②液体汽 化吸收大量的汽化潜热；③由于汽泡形成和脱离 时带走热量，使加热表面不断受到冷流体的冲刷 和强烈的扰动，所以沸腾换热强度远大于无相变 的换热。
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
空气自然对流
《换热器教学》PPT课件
2
(1)热计算
根据给出的具体条件，例如热交换器的类 型，流体的进、出口温度，压力，它们的物 理化学性质，在传热过程中有无相变……等 等，求出热交换器的传热系数，进而算出传 热面积的大小。
2021/4/24
3
(2)结构计算
根据传热面积的大小计算热交换器主要 部件和构件的尺寸，例如管子的直径、长 度、根数，壳体的直径，纵向隔板和折流 板的尺寸和数目，分程隔板的数目和布置 ，以及连接管尺寸等等。
变化到出口端
。
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图(c)是冷流体在等温下沸 腾，而热流体的温度沿传 热面不断降低，其传热温 差从进口端的
变化到出口端的
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若两种流体都没有发生相 变，这里又有两种不同情 形：顺流和逆流。
图（d)顺流，两种流体向着 同一方向平行流动，热流体 的温度沿传热面不断降低， 冷流体的温度沿传热面不断 提高。两者的温差从进口端 的
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图（g)所表示的是冷流体在液态情况下进入 设备吸热，沸腾，然后过热。
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1.2. 2 顺流和逆流情况下的平均温差
平均温差： 整个热交换器各处温差的平均值。但是
应用不同的平均方法，就有不同的名称，例 如算术平均温差、对数平均温差、积分平均 温差等等。
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2021/4/24
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
图（a）是一侧蒸汽冷 凝而另一侧为液体沸腾 ，两种流体都有相变的 传热。因为冷凝和沸腾 都在等温下进行，故其 传热温差为
，且在各处保持相同的数值。
2021/4/24
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图（b)表示的是热流体在 等温下冷凝而将其热量传 给温度沿着传热面不断提 高的冷流体，其传热温差 从进口端的
换热系数大自然对流课件
换热系数的计算方法
经验公式法
根据实验数据和经验，总结出换热系 数的计算公式，适用于特定条件下的 传热过程。
数值模拟法
通过建立数学模型和数值求解方法， 计算出物体间的换热系数，适用于复 杂结构和非线性传热过程。
换热系数的影响因素
流体性质
流体的物理性质如粘度、导热 系数和比热容等，对换热系数
有显著影响。
总结词
应对气候变化的自然对流措施
总结词
自然对流在气候预测中的作用
详细描述
针对气候变化对自然对流的影响，可以采取相应的措施来 减缓其不利影响，如加强环境保护、推广可再生能源等。
生态系统案例
总结词
湿地生态系统中的自然对流特征
详细描述
湿地生态系统中的自然对流具有独特的特征和规律，如湿 地中的水体流动、气体交换等。了解这些特征有助于深入 探究湿地生态系统的功能和机制。
温度差
物体间的温度差是换热过程的 驱动力，温度差越大，换热系 数越大。
表面状况
物体的表面状况如粗糙度、清 洁度和润湿程度等，能够影响 换热系数的大小。
流动状态
流体的流动状态如层流或湍流 ，对换热系数有较大影响，湍 流状态下的换热系数通常较大
。
02
大自然对流现象
对流现象的定义与分类
定义
对流是指流体内部由于温度、密度等物理性质的不均匀分布引起的宏观运动。
换热系数大自然对 流课件
目 录
• 换热系数概述 • 大自然对流现象 • 换热系数与大自然对流的关系 • 换热系数在大自然对流中的应用 • 案例分析
01
换热系数概述
定义与意义
定义
换热系数是指在单位时间内，单 位面积上所传递的热量与对应的 温度差之间的比值，用于描述物 体间的热量传递速率。
传热学-自然对流传热
18
讨论题
强制对流平板边界层与竖板 自然对流边界层的相同点与不 同点是什么？
19
大空间自然对流传热的实验关联式
Nu cGrPrn cRan tm ts ta / 2
流态
c
n
Gr适用范围
竖平板 竖圆柱
横圆柱
层流 过渡流
湍流 层流 过渡流 湍流
0.59 0.0292
0.11 0.48 0.0445 0.1
求得温度分布后可进一步求壁面热流 和努谢尔数
qx t
y
'0ts ta 'y
y0
'
0ts
ta
1 x
4
Grx 4
qx
ts ta
x
hxx
Nu x
15
解的讨论
Pr t
竖板壁面温度梯度上升
Pr f ' 壁面处的速度梯度减小
Pr>1时， / t随Pr的增加而增加 Pr<1时， / t~1，几乎不随Pr的减小而变化
25
壁面为等热流条件的准则关系式
Nux 0.60 Gr* Pr 1/5
Gr* GrNu g ql4 2
105 Gr* 1011
• 等热流条件下需要求的是壁面温度， 要求出壁温，须先假定一个壁温，而 后试算，并采用迭代法求出。
26
水平平板（等热流）准则关系式
Nu B Gr* Pr m
B
m Gr*适用范围
1.076 1/6 0.747 1/6
6.37105 ~1.12 108
27
有限空间自然对流传热的实验关联式
28
竖直空气夹层
Nu
0.197 Gr
Pr 1/4
讨论题
强制对流平板边界层与竖板 自然对流边界层的相同点与不 同点是什么？
19
大空间自然对流传热的实验关联式
Nu cGrPrn cRan tm ts ta / 2
流态
c
n
Gr适用范围
竖平板 竖圆柱
横圆柱
层流 过渡流
湍流 层流 过渡流 湍流
0.59 0.0292
0.11 0.48 0.0445 0.1
求得温度分布后可进一步求壁面热流 和努谢尔数
qx t
y
'0ts ta 'y
y0
'
0ts
ta
1 x
4
Grx 4
qx
ts ta
x
hxx
Nu x
15
解的讨论
Pr t
竖板壁面温度梯度上升
Pr f ' 壁面处的速度梯度减小
Pr>1时， / t随Pr的增加而增加 Pr<1时， / t~1，几乎不随Pr的减小而变化
25
壁面为等热流条件的准则关系式
Nux 0.60 Gr* Pr 1/5
Gr* GrNu g ql4 2
105 Gr* 1011
• 等热流条件下需要求的是壁面温度， 要求出壁温，须先假定一个壁温，而 后试算，并采用迭代法求出。
26
水平平板（等热流）准则关系式
Nu B Gr* Pr m
B
m Gr*适用范围
1.076 1/6 0.747 1/6
6.37105 ~1.12 108
27
有限空间自然对流传热的实验关联式
28
竖直空气夹层
Nu
0.197 Gr
Pr 1/4
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。
第四章-1-热量传递基本方式
14
热应力、热变形的计算。
15
16
传热学的应用
应用非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切；深入到这些 学科领域，形成边缘学科、交叉学科，出现新的 学科交叉研究方向和许多前沿性研究课题。 微尺度传热问题；微重力、零重力条件下的传 热问题；生物活体组织的传热问题等。
地膜覆盖；
温室暖房；
塑料大棚；
农副产品的储存和干燥。
21
传热学的应用
三、工业领域
传热的应用与影响几乎遍及现代所有的工业部门
——传统的工业领域：能源动力、冶金、化工、交通、 建筑建材、机械、食品—传热学占主导
——高新技术领域：航空航天、核能、微电子、材料、
环境工程、新能源—有赖于应用传热学的最新研究成果 ——交叉学科：相变与多相流传热、低温传热、微尺度 传热、生物传热
例子：。。。。
33
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、导热的基本公式
通过平壁的导热量：
tw1 > tw2
截面面积
A
t
W
厚度
t q A
引入比例系数
W/m2
t tw1 tw2
1
A
—热导率或导热系数，W/(m· K)，表明材料的导热能力。
目前采用由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成 的第三代陶瓷瓦构成的热防护系统。
27
传热学的应用
四、石油工业
在石油工业存在着大量的传热学问题。
1、在钻井和固井工程中的应用 2、在采油工程中的应用 3、在油气集输工程中的应用 4、在石油化工领域的应用 了解传热学的应用背景。
热应力、热变形的计算。
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传热学的应用
应用非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切；深入到这些 学科领域，形成边缘学科、交叉学科，出现新的 学科交叉研究方向和许多前沿性研究课题。 微尺度传热问题；微重力、零重力条件下的传 热问题；生物活体组织的传热问题等。
地膜覆盖；
温室暖房；
塑料大棚；
农副产品的储存和干燥。
21
传热学的应用
三、工业领域
传热的应用与影响几乎遍及现代所有的工业部门
——传统的工业领域：能源动力、冶金、化工、交通、 建筑建材、机械、食品—传热学占主导
——高新技术领域：航空航天、核能、微电子、材料、
环境工程、新能源—有赖于应用传热学的最新研究成果 ——交叉学科：相变与多相流传热、低温传热、微尺度 传热、生物传热
例子：。。。。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、导热的基本公式
通过平壁的导热量：
tw1 > tw2
截面面积
A
t
W
厚度
t q A
引入比例系数
W/m2
t tw1 tw2
1
A
—热导率或导热系数，W/(m· K)，表明材料的导热能力。
目前采用由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成 的第三代陶瓷瓦构成的热防护系统。
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传热学的应用
四、石油工业
在石油工业存在着大量的传热学问题。
1、在钻井和固井工程中的应用 2、在采油工程中的应用 3、在油气集输工程中的应用 4、在石油化工领域的应用 了解传热学的应用背景。
化工原理第四章--传热
2021/6/7
5
三、两流体通过间壁换热
1、间壁式换热器
2、两流体通过间壁的传热过程
（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁的一侧壁面
（2）热量从间壁的一侧壁面以导热方式传递到另一侧 壁面 （3）最后以对流方式将热量从壁面传给冷流体
2021/6/7
6
四、传热过程
（一）传热速率 可用两种方式表示：
（1）热流量Q：
圆管：d
非圆管：de 垂直管或板：L
（4）流体类型和相变情况
液体，气体，水蒸气； 牛顿型流体，非牛顿型流体；
有无相变化
2021/6/7
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三、对流传热的特征数关系式
目的： 将影响α的众多因素组合为若干个无因次数群，
再用实验数据确定他们之间的关系，得到不同条件 下计算α的经验关联式。
f (u, l, , , , c p , gt )
2021/6/7
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（2）流体的（物理）性质
对α影响较大的有： ρ、μ、cp、λ 、β。
确定这些物性的温度称作定性温度。
一般用流体主体的平均温度作为定性温度：
t t1 t2 2
t1——流体进口温度 t2——流体出口温度
2021/6/7
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（3）传热表面的几何因素
传热表面的形状，排列，放置方式，管径，管长， 板高等。其中对传热影响最大的因素称作特征尺寸，
du du
dy
dr
（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）
2021/6/7
12
二、热导率
物质的物理性质之一
表征物质的导热能力， λ越大，导热性能越好。 影响因素： 物质种类、环境温度等
（1） 固体导热系数 λ的数量级（W/m·℃）：金属：10~102
化工原理第四章讲稿PPT课件
传热速率与热通量的关系为 q dQ dA
传热速率
传热温差（推动力） 热阻（阻力）
传热温差以△T表示，热阻通常以R或r表示Q T
R
2021/2/11
q T r
第四章 传热
第二节 热传导
一、基本概念和傅立叶定律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳定热传导
2021/2/11
一、基本概念和傅立叶定律
2021/2/11
五、典型的间壁式换热器及其传热过程
1、套管式换热器
套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心 管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁 间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁 的表面积即为传热面积。
2、列管式换热器
列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。
2021/2/11
2021/2/11
2021/2/11
一种流体由封头的进口管进入器内，流经封头与管板的空间 分配至各管内（称为管程）。通过管束后，从另一端封头的 出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入，在壳体 与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一端接管流 出。壳体内往往安装若干块与管束相垂直的折流挡板。 流体在管束内只通过一次，称为单程列管式换热器。
2021/2/11
二、热源和冷源
1、热源
1）电热：特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制， 使用方便，比较清洁。但费用比较高 。
2）饱和水蒸气： 优点：饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系， 调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便， 而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。 缺点：饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。
gradt
lim
(完整PPT)传热学
温度
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
传热学PPT课件
律、实验测试技术及分析计算方法，从而达 到认识、控制、优化传热过程的目的。
2021
14
§1-2 热量传递的三种基本方式
一、导热（热传导） 1 、概念
定义：物体各部分之间不发生相对位 移时，依靠分子、原子及自由电子等微观 粒子的热运动而产生的热量传递称导热。
如：固体与固体之间及固体内部的热量 传递。
2 ）辐射换热
辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射
方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。
2021
33
❖ 自然界中的物体都在不停的向空间发出热 辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的 辐射热。
❖ 说明：辐射换热是一个动态过程，当物体
与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热
量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
2021
17
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，
因液体分子的间距较近，分子间的作用力对
碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非
导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，
2021
24
❖ 不同材料的导热系数值不同，即使同一种 材料导热系数值与温度等因素有关。金属 材料最高，良导电体，也是良导热体，液 体次之，气体最小。
2021
25
二、对流
1 、基本概念 1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使
流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。
对流仅发生在流体中，对流的同时必伴 随有导热现象。
2021
6
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题
2021
14
§1-2 热量传递的三种基本方式
一、导热（热传导） 1 、概念
定义：物体各部分之间不发生相对位 移时，依靠分子、原子及自由电子等微观 粒子的热运动而产生的热量传递称导热。
如：固体与固体之间及固体内部的热量 传递。
2 ）辐射换热
辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射
方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。
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❖ 自然界中的物体都在不停的向空间发出热 辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的 辐射热。
❖ 说明：辐射换热是一个动态过程，当物体
与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热
量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
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❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，
因液体分子的间距较近，分子间的作用力对
碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非
导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，
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❖ 不同材料的导热系数值不同，即使同一种 材料导热系数值与温度等因素有关。金属 材料最高，良导电体，也是良导热体，液 体次之，气体最小。
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二、对流
1 、基本概念 1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使
流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。
对流仅发生在流体中，对流的同时必伴 随有导热现象。
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(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题
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华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
第四章 对流换热原理
§4-1 对流换热概述 §4-2 层流流动换热的微分方程组 §4-3 对流换热过程的相似理论 §4-4 边界层理论 §4-5 紊流流动换热
2021/3/8
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② 对流换热过程微分方程式
壁面上的流体分子层由于受到固体壁面的吸附
是处于不滑移的状态，其流速应为零，那么通
过它的热流量只能依靠导热的方式传递。
由傅里叶定律
y t∞ u∞
qw
t y
y0
tw
qw
x
通过壁面流体层传导的热流量最终是以对流
换热的方式传递到流体中
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② 流动状态 层流：整个流场呈一簇互相平行的流线
（Laminar flow） 湍流：流体质点做复杂无规则的运动
（Turbulent flow）
h湍流 h层流
紊流流动极为普遍 自然现象：收获季节的麦浪滚滚，旗帜在微 风中轻轻飘扬，以及袅袅炊烟都是由空气的 紊流引起的。
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
§4-1 对流换热概述
1 对流换热过程
①对流换热定义：流体和与之接触的固体壁 面之间的热量传递过程，是宏观的热对流与 微观的热传导的综合传热过程。
对流换热与热对流不同，既有热对流，也有 导热；不是基本传热方式 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷 却
同时，通过固体壁面的热流也会在流体分子 的作用下向流体扩散(热传导)，并不断地被 流体的流动而带到下游（热对流），也导致 紧靠壁面处的流体温度逐步从壁面温度变化 到来流温度。
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相
射流冲击换热
自然对流 有限空间自然对流
换
混合对流
热
有 沸腾换热
相 变 凝结换热
大空间沸腾
管内沸腾 管内凝结
管外凝结
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3 对流换热系数与对流换热微分方程
➢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
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y t∞ u∞
tw
qw
x
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壁面对流体分子的吸附作用，使得壁面上 的流体是处于不滑移的状态（此论点对于 极为稀薄的流体是不适用的）。
又由于粘性力的作用，使流体速度在垂直于 壁面的方向上发生改变。流体速度从壁面上 的零速度值逐步变化到来流的速度值。
热
管
面
内
朝
管
上、
外
朝 下
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内部流动
圆管内强制对流换热 其它形状管道的对流换热
强制对流
外掠平板的对流换热 外掠单根圆管的对流换热
无
外部流动 外掠圆管管束的对流换热 外掠其它截面柱体的换热
2 对流换热的分类 对流换热：导热 + 热对流；壁面+流动 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（Free convection） 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动（Forced convection）
h强制 h自然
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h相变 h单相
④ 流体运动是否与时间相关 非稳态对流换热：与时间有关 稳态对流换热：与时间无关
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⑤ 流体与固体壁面的接触方式
内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
①对流换热系数(表面传热系数)
h Φ (A (tw t )) [W (2 m C ]
—— 当 流 体 与 壁 面温度相差1℃时、 每单位壁面面积 上、单位时间内 所传递的热量.
确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题
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qw qc
qc
htw
t
t y
y0
或 h＝－ t
对流换热过程微
t y y0 分方程式
➢h 取决于流体热导率、温度差和贴壁流体的 温度梯度
➢温度梯度或温度场与流速、流态、流动起因、 换热面的几何因素、流体物性均有关。
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②对流换热的特点： (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (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特征：以简单的对流换热过程为例，对对流
换热过程的特征进行粗略的分析。
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图表示一个简单的对流换热过程。流体以来 流速度u和来流温度t流过一个温度为tw的固 体壁面。选取流体沿壁面流动的方向为x坐标、 垂直壁面方向为y坐标。
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③ 流体有无相变 单相换热 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化
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第四章 对流换热原理
§4-1 对流换热概述 §4-2 层流流动换热的微分方程组 §4-3 对流换热过程的相似理论 §4-4 边界层理论 §4-5 紊流流动换热
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② 对流换热过程微分方程式
壁面上的流体分子层由于受到固体壁面的吸附
是处于不滑移的状态，其流速应为零，那么通
过它的热流量只能依靠导热的方式传递。
由傅里叶定律
y t∞ u∞
qw
t y
y0
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x
通过壁面流体层传导的热流量最终是以对流
换热的方式传递到流体中
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② 流动状态 层流：整个流场呈一簇互相平行的流线
（Laminar flow） 湍流：流体质点做复杂无规则的运动
（Turbulent flow）
h湍流 h层流
紊流流动极为普遍 自然现象：收获季节的麦浪滚滚，旗帜在微 风中轻轻飘扬，以及袅袅炊烟都是由空气的 紊流引起的。
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§4-1 对流换热概述
1 对流换热过程
①对流换热定义：流体和与之接触的固体壁 面之间的热量传递过程，是宏观的热对流与 微观的热传导的综合传热过程。
对流换热与热对流不同，既有热对流，也有 导热；不是基本传热方式 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷 却
同时，通过固体壁面的热流也会在流体分子 的作用下向流体扩散(热传导)，并不断地被 流体的流动而带到下游（热对流），也导致 紧靠壁面处的流体温度逐步从壁面温度变化 到来流温度。
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相
射流冲击换热
自然对流 有限空间自然对流
换
混合对流
热
有 沸腾换热
相 变 凝结换热
大空间沸腾
管内沸腾 管内凝结
管外凝结
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3 对流换热系数与对流换热微分方程
➢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
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y t∞ u∞
tw
qw
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壁面对流体分子的吸附作用，使得壁面上 的流体是处于不滑移的状态（此论点对于 极为稀薄的流体是不适用的）。
又由于粘性力的作用，使流体速度在垂直于 壁面的方向上发生改变。流体速度从壁面上 的零速度值逐步变化到来流的速度值。
热
管
面
内
朝
管
上、
外
朝 下
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内部流动
圆管内强制对流换热 其它形状管道的对流换热
强制对流
外掠平板的对流换热 外掠单根圆管的对流换热
无
外部流动 外掠圆管管束的对流换热 外掠其它截面柱体的换热
2 对流换热的分类 对流换热：导热 + 热对流；壁面+流动 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（Free convection） 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动（Forced convection）
h强制 h自然
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h相变 h单相
④ 流体运动是否与时间相关 非稳态对流换热：与时间有关 稳态对流换热：与时间无关
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⑤ 流体与固体壁面的接触方式
内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
①对流换热系数(表面传热系数)
h Φ (A (tw t )) [W (2 m C ]
—— 当 流 体 与 壁 面温度相差1℃时、 每单位壁面面积 上、单位时间内 所传递的热量.
确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题
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qw qc
qc
htw
t
t y
y0
或 h＝－ t
对流换热过程微
t y y0 分方程式
➢h 取决于流体热导率、温度差和贴壁流体的 温度梯度
➢温度梯度或温度场与流速、流态、流动起因、 换热面的几何因素、流体物性均有关。
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②对流换热的特点： (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (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特征：以简单的对流换热过程为例，对对流
换热过程的特征进行粗略的分析。
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图表示一个简单的对流换热过程。流体以来 流速度u和来流温度t流过一个温度为tw的固 体壁面。选取流体沿壁面流动的方向为x坐标、 垂直壁面方向为y坐标。
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③ 流体有无相变 单相换热 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化