山西能源学院：《传热学》课程教学资源（PPT课件）第五章 对流传热的理论基础 Convection Heat Transfer（1/2）

山西破源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENEROY 第五章对流换热 Convection Heat Transfer 第五章对流换热 1

第五章 对流换热 1 第五章 对流换热 Convection Heat Transfer

山莎佛源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面 之间的热量传递现象。 对流换热以牛顿冷却公式为其基本计算式。 q=h△t ■如何确定表面传热系数的大小是对流换热的核 心问题。 第五章对流换热 2

第五章 对流换热 2 ◼ 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面 之间的热量传递现象。 ◼ 对流换热以牛顿冷却公式为其基本计算式。 ◼ 如何确定表面传热系数的大小是对流换热的核 心问题。 q = ht

山莎移源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 对流换热过程示意图 对流换热实例：1)暖气管道；(2)电风扇。 to<tw 第五章对流换热 3

第五章 对流换热 3 对流换热过程示意图 对流换热实例：(1) 暖气管道；（2）电风扇

山莎移源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY §5-1对流换热概说 一.对流换热的影响因素 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 A)强制对流 一般的说，自然对流的流速较低，因此自 然对流换热通常要比强迫对流换热弱，表面 B)自然对流 传热系数要小。 第五章对流换热 4

第五章 对流换热 4 §5-1对流换热概说 一. 对流换热的影响因素 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 A）强制对流 B）自然对流 一般的说，自然对流的流速较低，因此自 然对流换热通常要比强迫对流换热弱，表面 传热系数要小

山五俄源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 2.流体有无相变 沸腾和凝结时考虑相变热。 3.流体的流动状态 层流及湍流两种流态。 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）。 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。 第五章对流换热 5

第五章 对流换热 5 2. 流体有无相变 沸腾和凝结时考虑相变热。 3. 流体的流动状态 层流及湍流两种流态。 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）。 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

山莎移源宇院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 4.流体的物理性质 流体密度，动力粘度，导热系数，膨胀系数等。 1)导热系数1，W/(K)）,愈大，流体导热热阻愈小，对流换热愈强烈： 2)密度p,kg/m 3)比热容c,/(kgK)。pc反映单位体积流体热容量的大小，其数值愈大， 通过对流所转移的热量愈多，对流换热愈强烈： 4)动力粘度n,Pas:运动粘度y=n/p,m2s。流体的粘度影响速度分布 与流态，因此影响对流换热： 5)体胀系数影响重力场中的流体因密度差而产生的浮升力的大小，因此影 响自然对流换热。 第五章对流换热 6

4. 流体的物理性质 流体密度，动力粘度，导热系数，膨胀系数等。 第五章 对流换热 6 1）导热系数，W/(mK)， 愈大，流体导热热阻愈小，对流换热愈强烈； 2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量的大小，其数值愈大， 通过对流所转移的热量愈多，对流换热愈强烈； 4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2 /s。流体的粘度影响速度分布 与流态，因此影响对流换热； 5）体胀系数影响重力场中的流体因密度差而产生的浮升力的大小，因此影 响自然对流换热。 1 1 p p v v t t           = = −        

山多佛源李院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 定性温度：对于同一种不可压缩牛顿流体，其物 性参数的数值主要随温度而变化。用来确定物性 参数数值的温度。称为定性温度。在分析计算对 流换热时，定性温度的取法取决于对流换热的类 型。 第五章对流换热 7

◼ 定性温度：对于同一种不可压缩牛顿流体，其物 性参数的数值主要随温度而变化。用来确定物性 参数数值的温度。称为定性温度。在分析计算对 流换热时，定性温度的取法取决于对流换热的类 型。 第五章 对流换热 7

山充移源亲院 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 5. 换热表面的几何因素 换热表面的形状、大小、位置及状态 。 定型尺寸：在分析计算 中采用对换热有决定意 内都流动 外都绕流 义的特征尺寸作为依据 (a)强迫对流 这个尺寸称为定型尺寸。 单相强制对流换热，对流 热面朝上 热面朝下 换热系数 凸)自级对流 h=flu,4,t,元，cp,p,a,4,l） 第五章对流换热 8

第五章 对流换热 8 5. 换热表面的几何因素 换热表面的形状、大小、位置及状态。 单相强制对流换热，对流 换热系数 定型尺寸：在分析计算 中采用对换热有决定意 义的特征尺寸作为依据， 这个尺寸称为定型尺寸。 h f (u t t c l) w f p = , , ,, , ,,

山西俄源宇花 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 二.对流换热的分类 圆管内受迫流动 内部流动 非圆形管内受迫流动 受迫对流换热 外掠平板 外部流动 外掠单管 外掠管束 (光管；翅片管) 无相变换热 竖壁；竖管 无限空间 横管 自然对流换热 水平壁 (上表面和下表面) 对流换热 有限空间一夹层空间 混合对流换热（受迫对流与自然对流并存） 垂直壁凝结换热 凝结换热 水平单圆管及管束外凝结换热 相变换热 管内凝结换热 大空间沸腾换热 沸腾换热 管内沸腾换热（横管， 竖管) 第五章对流换热 9

第五章 对流换热 9 二. 对流换热的分类

山莎佛源宇花 SHANXI INSTITUTE OF ENERGY 三.研究对流换热的方法 大致有四种方法。 1.分析法 对其偏微分方程和相应的定解条件进行数 学求解，从而获得温度场和速度场的分析 解的方法。 2. 实验法 3.数值解法 4. 比拟法 通过研究动量传递及热量传递的共性或相 似特性，以建立起表面传热系数与阻力系 数间的相互关系的方法。 第五章对流换热 10

第五章 对流换热 10 三. 研究对流换热的方法 大致有四种方法。 1. 分析法 对其偏微分方程和相应的定解条件进行数 学求解，从而获得温度场和速度场的分析 解的方法。 2. 实验法 3. 数值解法 4. 比拟法 通过研究动量传递及热量传递的共性或相 似特性，以建立起表面传热系数与阻力系 数间的相互关系的方法