第四章第三节

1、4.3 对流传热概述4.3.1 对流传热速率方程4.3.2 对流传热机理4.3.3 保温层的临界直径 流体流过固体壁面（流体温度与壁面温度不同）时的传热过程称为对流传热。根据流体在传热过程中的状态对流传热可分为两类一、流体无相变的对流传热（1）强制对流传热：流体因外力作用而引起的流动（2）自然对流传热：仅因温度差而产生流体内部密度差引起的流体对流流动二、流体有相变的对流传热（1）蒸汽冷凝：气体在传热过程中全部或部分冷凝为液体（2）液体沸腾：液体在传热过程中沸腾气化，部分液体转变为气体1、对流传热速率表达式 据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率：对流传热阻力对流传热推动力对流传热

2、速率 推动力系数推动力：壁面和流体间的温度差阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。 对流传热速率方程可以表示为： dSTTdQw1dSTTw)(牛顿冷却定律牛顿冷却定律 4.3.1 对流传热速率方程 在换热器中，局部对流传热系数随管长而变化，但在工程计算中，常使用平均对流传热系数，此时牛顿冷却定律可以表示为：tSQ2、对流传热系数、对流传热系数对流传热系数a定义式： tSQ 表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 单位W/m2. 。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。 4.3.2 对流传热机理流体沿固体壁面的流动 滞流内层缓冲层湍流主体流体分层运动，相邻层间没有流体

3、的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大，即温度梯度较大。热对流和热传导作用大致相同，在该层内温度发生较缓慢的变化。 温度梯度很小，各处的温度基本相同。 一、对流传热的分析一、对流传热的分析 对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。 对流传热的热阻主要集中在滞流内层热阻主要集中在滞流内层。减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。 二、热边界层二、热边界层热边界层（温度边界层）热边界层（温度边界层） ：壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。规定 0.99()wwtttt 处为热边界层的界限，热边界层的厚度常用 t表示。 温度边界

4、层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况有关： 在靠近壁的层流内层中流动为层流，热量传递通过导热进行。温度分布曲线的斜率大（温度梯度大）。在缓冲层内，由于对流传热的作用，温度梯度变小。在湍流核心，质点湍动强烈，对流很快，温度梯度更小。 如果用 wyt表示贴壁处流体的温度梯度， 则 wytdSdQ与牛顿冷却定律 TdSdQ联立： wytT理论上计算对流传热系数的基础 表明：对一定的流体，当流体与壁面的温度差一定时，对流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。 热边界层的厚薄，影响层内温度分布，因而影响温度梯度。当边界层内、外的温度差一定时，热边界层越薄，温度梯度越大，因而也就上升。因此通过改善流动状况，使层流底层厚度减小，是强化传热的主要途径之一。4.3.3 保温层的临界直径 设：设：保温层内表面温度为t1，周围环境温度为tf， 保温层的内外径分别为ri和ro， 保温层外表面对环境的对流传热系数为。 稳定传热时，管道的热损失为：211RRttQf1ln122foiottr rLr L )(orddQ2211ln112oiooofrrrrrttL0热损失Q为最大值时的