上海交通大学：《传热学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 对流换热

第五章对流换热 s Convection Heat transfer 第五章对流换热

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

§5-1对流换热概述 1对流换热的定义和性质 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。 (V, Te qs ∷:∷ Surface ●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:们)暖气管道;2)电子器件冷却;3)电 风扇 第五章对流换热

第五章 对流换热 2 §5-1 对流换热概述 1 对流换热的定义和性质 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。 ● 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却；3)电 风扇 ● 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

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)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对流换热的基本计算式 牛顿冷却式: Velocity Temperature g =hA(t-to)WI distribution distribution Ty 9=p/A Heated h(n-1)[w/m] surface 第五章对流换热

第五章 对流换热 3 (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) 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 2 对流换热的特点 3 对流换热的基本计算式 ( ) W = −  Φ hA t t w   2 h(t w t f ) W m q Φ A = − = 牛顿冷却式:

4表面传热系数(对流换热系数) h=d/(A(t-t) [w/(m2.cI —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 如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题 Hot components 研究对流换热的方法: (1)分析法 (2)实验法 (3)比拟法 ;; Hot plate (4)数值法 FIGURE 1.5 Convection heat transfer processes.(a) Forced convection.(b) Natural convection.(c) Boiling(d) Condensation 第五章对流换热

第五章 对流换热 4 4 表面传热系数（对流换热系数） —— 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 Φ A t t w W (m C) 2   如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题 研究对流换热的方法： （1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法

5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)流动起因;(2 流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素;(5) 流体的热物理性质 6对流换热的分类: (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 强制>h然 第五章对流换热

第五章 对流换热 5 5 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)流动起因; (2) 流动状态; (3)流体有无相变; (4)换热表面的几何因素; (5) 流体的热物理性质 6 对流换热的分类： (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 h 强制  h 自然

(2)流动状态 Te q 湍流>h层流 相变>h单相 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紊流)( Turbulent flow) (3)流体有无相变 单相换热:( Single phase heat transfer) 相变换热:凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 (Phase change) Condensation) (Boiling) 第五章对流换热

第五章 对流换热 6 (2) 流动状态 h 湍流  h 层流 (3) 流体有无相变 h 相变  h 单相 层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流） （Laminar flow） （Turbulent flow） 单相换热： 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 （Single phase heat transfer） （Phase change） （Condensation） （Boiling）

(4)换热表面的几何因素: 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 ) 内部流动 外部装流 (a)强迫对流 热面朝上 热面朝下 b)自然对流 第五章对流换热

第五章 对流换热 7 (4) 换热表面的几何因素： 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

(5)流体的热物理性质: 热导率AW/(mO)密度pkg/m3 比热容c[J/(kg:O)动力粘度nNs/m2 运动粘度v=m/m2/s体胀系数a/K] 1( av 1(o p、OT 元个→h个(流体内部和流体与壁面间导热热阻小) ρ、c个→h↑(单位体积流体能携带更多能量) n↑→h(有碍流体流动、不利于热对流) α↑→自然对流换热增强 第五章对流换热 8

第五章 对流换热 8 (5) 流体的热物理性质： 热导率 [W (m C)]    密度 [kg m ] 3  比热容 [J (kg C)]  c  动力粘度 [N s m ] 2   运动粘度 [m s] 2  =  体胀系数  [1 K] p p T T v v          = −        =    1 1   自然对流换热增强   h  、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) (流体内部和流体与壁面间导热热阻小)

综上所述,表面传热系数是众多因素的函数 h=f(v,tw,tr, n, Cp, p, a,n, l, 22) Fluid flow Surface 第五章对流换热

第五章 对流换热 9 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,Ω) = w f  p   

对流换热分类小结内部流动[圆管内受迫流动 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 掠管束(光管;翅片管) 无相变换热 竖壁;竖管 无限空间横管 对 自然对流换热 水平壁(上表面和下表面) 有限空间—夹层空间 流换热 混合对流换热(受迫对流与自然对流并存)如习题(1-3) 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 沸腾换执「大空间沸腾换热 管内沸腾换热(横管,竖管) 第五章对流换热 10

第五章 对流换热 10 对流换热分类小结 如习题(1-3)