对流换热-对流换热的概念及牛顿冷却公式（热工学）

对流换热概念及牛顿冷却公式一、对流换热的概念1.热对流由于流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相对位移，致使冷、热流体相互掺混而引起的热量传递现象。热对流只发生在流体之中，总是与流体运动密切相关，并受到流体运动的影响。一、对流换热的概念2.对流换热流体与固体壁之间既直接接触又相对运动时的热量传递过程称为对流换热。

对流换热是由热对流和导热共同作用的复合换热形式。

对流换热分类:强制对流换热自然对流换热按流体流动原因分为

相变对流换热无相变对流换热凝结换热沸腾换热按流体是否有相变分为

如空气掠过房间空调器二、对流换热过程分析当流体在管内湍流时，在传热方向上截取一截面φ，各层界面处的温度变化为:tht

h

tw1tw2t

c

tc流体在管内湍流时,其流动状况由层流内层、缓冲层和湍流主体组成湍流主体的传热以对流换热为主；缓冲层的传热以导热和对流换热进行;层流底层的传热以导热的方式进行。三、牛顿冷却公式由牛顿1702年提出，是用于对流换热量的计算公式。

:热流量，W；A:换热面积，m2；h:表面传热系数，W/（m2

K）；△t:对流换热温差，△t=tw-tf，℃;RW:对流换热热阻，RW

=1/hA，K/W;R:单位面积对流换热热阻，R=1/h，m2

K/Wtf流体平均温度

对流换热量

与壁面换热面积A及流体与壁面之间的温度差Dt成正比；表面传热系数h的大小反映了对流换热的强弱。或表明：牛顿冷却公式表面传热系数h表明了当流体与壁面间的温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热流量。牛顿冷却公式将影响对流换热的诸多复杂因素，归结为表面传热系数这一参数，对流换热研究的核心也就归结为表面传热系数的求解。对流换热方式h对流换热方式h空气自然对流5～12高压水蒸气强制对流500～3500空气强制对流12～100水沸腾600～50000水自然对流200～1000蒸汽膜状凝结4500～18000水强制对流1000～15000蒸汽珠状凝结45000～140000表1表面传热系数h的大致范围W/（m2

K）四、影响表面传热系数的主要因素1.流体流动的起因影响流体的速度分布。一般来说，强制对流的流速比自然对流高，因而表面传热系数也高。自然对流由于流体中各部分的密度不同而引起。强制对流流体的流动由动力机械的作用造成。如电冰箱冷凝器和房间暖气片等换热设备表面冷、热空气的流动。如水泵驱动空调装置中的冷媒水如空气的流动流体的热对流总是伴随着导热。四、影响表面传热系数的主要因素2.流体的流动状态及流速的影响层流01.热量传递主要为垂直于流动方向的导热，h的大小取决于流体的热导率。

湍流02.层流底层内以导热传热外，湍流主体以热对流传热为主，h大，对流换热效果好。同一流态，流体流速增加时，传热速率加快。

四、影响表面传热系数的主要因素3.流体的物理性质

热导率

越大，流体与壁面间的热阻就越小，换热就越强烈；密度

比定压热容cp

、cp越大，单位质量携带的热量越多，传热能力越大;

动力黏度

越大，黏滞力越大，加大了层流底层的厚度，不利于对流换热。

影响因素四、影响表面传热系数的主要因素4.流体有无相变有相变时的表面传热系数要比无相变时的大。沸腾换热凝结换热沸腾时液体中汽泡的产生和运动增加了液体内部的扰动，从而强化了对流换热。无相变时，流体显热变化实现对流换热。有相变时，流体吸收或放出潜热，对流换热要剧烈得多。影响因素四、影响表面传热系数的主要因素换热表面的形状、大小