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流体纯自然对流传热的准则方程可写成流体纯自然对流传热的准则方程可写为Nu=f(Gr,Pr)
对流传热是热传递的一种基本方式，它是在流体流动进程中发生的热量传递的现象。
主要是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。
虽然液体和气体中热传递的主要方式是对流传热，但也常伴有热传导。
通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。
根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。
化学工业中所常遇到的对流传热，是将热由流体传至固体壁面，或由固体壁传入周围的流体。
这种由壁面传给流体或相反的过程，通常称作给热。
自然对流换热，亦称“自由对流换热”，简称“自然对流”、“自由对流”。
是指不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动。
参与换热的流体由于各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场或其他力场中产生浮升力所引起的对流换热现象。
对流换热的四个特点
1.流动与温度梯度关联：
对流换热的发生依赖于流体的宏观运动，即流体质点在温差作用下由于密度差异导致的自然流动（自然对流）或外力（如风扇、泵等）引起的强制流动（受迫对流）。
流动过程中，高温区域的流体流向低温区域，将热量带走。
2.直接接触传递：
对流换热要求流体与固体表面有直接接触，热量通过流体分子与固体壁面之间的碰撞以及流体内部各部分之间的混合来进行传递。
3.导热与对流同时存在：
在对流换热过程中，不仅发生流体内部的微观粒子热运动（导热），还伴随有宏观的流体流动导致的热量转移。
因此，对流换热是导热和对流两种机制的结合。
4.温差驱动：
对流换热必须存在温度差，无论是固体表面与流体间的温差还是流体内部不同部位的温差，都是推动对流换热过程进行的动力源泉。
对流换热系数的确定核心提示：1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿平面强制流动时气流沿平面流动时，烧结炉其对流换热系数可按表1-1的近似公式计算。
表1-1对流换热系数计算vo=C4.65(m/s) x；o>4.65(m/s)光滑表面a=5.58+4.25z'o a^V.Slvg78轧制表面a-=5.81+4.25vo a=7.53vin.粗糙表面o=6.16+4.49vo a=T.94vi78气流沿长形工件强制流动时当加热长形工件时，循环空气对工件表面的对流换热系数可用下述近似公式计算气流在通道内层流流动时气流呈层流流动时，对流换热系数主要决定于炉气的热导率，而与炉气的流速无关。
绝对黑体的概念当物体受热后一部分热能转变为辐射能并以电磁波的形式向外放射，其波长从lfmi到若干m。
各种不同波长的射线具有不同性质，可见光和红外线能被物体吸收转化为热能，称它们为热射线。
各种物体由于原子结构和表面状态的不同，其辐射和吸收热射线的能力有明显差别。
当能量为Q的一束热射线投射到物体表面时，也和可见光一样，一部分能量Qa将被吸收，一部分能量Qr被反射，还有一部分能量Qu透射过物体(如图1-5)。
按能量守恒定律则有图1-5辐射能的吸收、反射和透过如果A=l，则R=D=0，即辐射能全部被吸收，这种物体称绝对黑体，简称黑体。
如果R=l，则A=D=0，即辐射能全部被反射，这种物体称绝对白体，简称白体。
如果D= 1，则A=K=0，即辐射能全部被透过，这种物体称绝对透过体，简称透过体。
自然界中，黑体、白体和透过体是不存在的，它们都是假定的理想物体。
对于一种实际物体来说数值，不仅取决于物体的特性，还与表面状态、温度以及投射射线的波长等有关。
空气的自然对流换热系数
空气的自然对流换热系数取决于流体的性质、流动的几何形状、表面布局和绝热性质等，根据实验结果和经验公式，可以得出如下的
一些典型值：
1. 平板垂直于水平面的自然对流换热系数为5~25 W/（m2·K）；
2. 平板和水平面夹角为30~45度时，自然对流换热系数为10~50 W/（m2·K）；
3. 圆柱形物体自然对流换热系数为5~25 W/（m2·K）；
4. 球形物体自然对流换热系数为10~30 W/（m2·K）。
需要注意的是，空气的自然对流换热系数随环境条件的变化而变化，如温度、压力、湿度等因素的影响，因此应该在特定条件下进行
实验或计算。
对流换热知识点总结导言对流换热是热传递的一种方式。
在许多实际问题中，流体和固体之间都会发生对流换热现象。
对流换热是指热能通过流体传输到物体表面上，然后再通过固体的传热机制传递到物体内部。
对流换热的基本原理是通过流体的流动将热能传送到物体之间，并在传热过程中通过流体对物体表面的冷却来达到等温条件。
本文将会围绕对流换热知识点进行总结，着重讨论对流换热的基本原理、传热系数计算、传热器设计、流动形式以及一些应用等方面。
一、对流换热的基本原理对流换热的基本原理是通过流体的流动将热能传送到物体之间，并在传热过程中通过流体对物体表面的冷却来达到等温条件。
对流换热是通过流体对物体表面进行冲刷，从而带走物体表面的热量。
对流换热的基本原理可以用纽塔尔方程来描述，该方程为：Q = h*A*ΔT其中Q表示热交换量，h表示传热系数，A表示传热面积，ΔT表示传热温差。
传热系数h是对流换热的特性参数，它描述了在单位面积上对流换热所需要的热传导率。
当流体在物体表面上流动时，会形成一层相对静止的边界层，边界层中的流体速度较低，温度较高，因此会对物体表面带走较多的热量，进而提高传热系数h。
二、传热系数的计算传热系数是描述对流换热的特性参数，它有多种计算方法，其中常用的方法有理论计算和实验测定两种。
理论计算方法一般包括：经验公式法、边界层理论法、流体力学法和数值模拟法。
而实验测定则通过对流体在传热器上的温度和流速进行测定，进而得到传热系数。
对于复杂的情况，常常需要采用复杂的数学模型和计算方法来精确求解传热系数。
在一些工程问题中，传热系数的计算是非常重要的，它直接影响到传热器的设计和使用效果。
三、传热器的设计传热器是用来加热或冷却流体的设备，它包括热交换管、冷凝器、蒸发器、换热管、加热器和冷却器等。
传热器的设计是通过传热系数的计算和流体的流动特性来确定的。
在传热器的设计过程中，需要考虑传热器的结构形式、材料选用、传热系数、流体流动参数等因素。
自然对流强化换热
班级：14040203
姓名：吴端
学号：2011040402121
1.概述
当前，对于自然对流换热问题的研究没有强迫对流研究那样开展得广泛。
一方面是由于自然对流强化效果没有强迫对流换热强化效果好；另一方面是由于自然对流强化的途径少难度大，所以自然对流的研究进展缓慢。
但自然对流应用有自己的领域，强迫对流又有其制约因素，尤其是随着电子集成电路的发展，自然对流强化换热的问题越来越受到学者的关注。
利用振动强化单相流体对流换热的方法可分为两种：一种是使换热面振动以强化换热；另一种是使流体脉动或振动以强化换热。
研究表明，不管是换热面振动还是流体振动，对单相流体的自然对流和强制对流换热都是有强化作用的。
振动可以增大流体间的扰动，干扰附面层的形成和发展，从而减小换热热阻，达到强化换热的目的。
2.原理
利用振动可以强化传热早已为人们所认识，在1923年就有关于在静止流体中振动换热面以增强传热效果的相关研究。
早期研究的主要手段为传热实验，随着数值计算方法及计算机技术的发展，自80年代人们开始对振动对流换热问题进行数值分析。
研究结果表明，换热面在流体中振动时，根据振动系统的不同，自然对流换热系数可提高30%~2000%。
传热实验中，采用的振动源形式主要有以下几种：
1)机械振动或电动机驱动偏心装置产生，早期的实验均采用该方法；
2)流体绕流诱导传热元件产生，如在换热器中的管束：
3)超声波激励换热元件产生。
下面分别就这三个方面分别展开综述，其中，A表示振幅，厂表示振动频率，D表示管直径，U表示来流速度，尺P表示雷诺数，h表示表面传热系数。
机械振动为传热实验中最为常用的振动源，一般情况下，机械振动装置结构简单，并且能够比较方便调节振幅、频率等参数，这对于深入研究振动参数对传热的影响具有不可替代的作用。
表1．2、1．3分别为自然对流、强制对流条件下振动传热研究概况，表中
可以看出，振动传热的效果随着实验介质流动状态变化而存在显著差别。
一般情况下，随着流动船数的增加，振动强化传热的效果会逐渐减弱。
此外，流体介质自身的属性也会对振动强化传热的效果产生一定的影响，如同等条件下水的振动传热效果要优于水状甘油。
与其它的强化传热技术相比，振动强化传热的效果比较显著，但是换热表面振动通常是应用机械振动或电机带动的偏心装置来实现的。
这些装置的运行需要消耗能量。
上世纪九十年代以后流体诱导振动强化传热技术逐渐成为学界的研究热点
流体诱导传热元件振动是换热装置内普遍存在的现象，其形成机理较为复杂。
目前提出的横向流机理主要包括漩涡脱落(Vertex shedding)、紊流颤振(Turbulentbuffeting)、流体弹性激振(Fluid elastic excitation)、声激励(Acoustic excitation)等。
程林、田茂诚提出了一种新型的传热元件——弹性管束，其具体结构及所开发的弹性管束换热器如图1．1所示。
该传热元件能够利用有限振动使能量不断的耗散，避免了强烈振动所造成的元件的损坏；同时，利用振动改变传热表面的
流动工况，增加壁面流体的湍流度，减薄边界层，实现强化传热。
对弹性管束进行传热实验研究，得到低RP数下管外Nu的拟合关联式为：
上式的适用范围为100<Re<500，实验结果表明：在管外流体诱导振动条件下，弹性管束的强化传热效果显著；并且振动还可以防止换热表面污垢的产生，降低了传热热阻，从而实现了复合强化传热。
其强化传热的机理具体分析为:
(1)振动使得近壁区流体的流速加大。
流速增加使得层流附面层的厚度减小，层流向紊流过渡的转捩点提前。
(2)振动增加了管束近壁区的流体湍流度。
由于湍流度增加，使得近壁区流体与远壁区流体质量、动量和能量交换速度增加，从而强化对流换热。
(3)振动使绕流管束流场结构发生改变。
当定常流绕流固定的圆管时，其管外流场结构是稳定的。
但在振动条件下，附面层的厚度、层流与紊流的转换点、漩涡脱落点及漩涡大小、位置等都是不稳定的，流场结构的变化不可避免地引起传
热的改变。
Go、Kim等提出了一种新型的微翅散热器，具体结构如图1．2所示，当空气横掠过微翅表面时，微翅会在气流的作用下产生流体诱导振动，振动会对其周围的边界层形成强烈的扰动，使其处于不停的生成与再造的循环中，如此降低了微翅表面的传热热阻，加大了热量的传输速率，实现了电子元件的安全持久运行。
Yakut、Sahin等在换热管内放置锥形环，当流体在管内流动时，锥形环会在流体的作用下产生随机振动，破坏了管内的传热边界层，因而其传热效率会有一个较大的提升。
Yakut对该传热元件进行传热实验研究，式(1-2)为实验参数范围内的传热拟合关联式：
1-2
式中，f表示锥形环间距，mm；D表示实验换热管的直径，mm。
实验结果表明：强化传热的效果随着锥形环间距的增加而逐渐降低，在相同泵功情况下，锥形环间距为10mm的换热管的传热效率可提高250％；并且低Re 数的强化传热效果要优于高Re数。
此外，声激励尤其是超声波诱导流体振动强化传热也为当前研究的热点方向之一。
3.应用
内燃机工作过程中，燃烧产生的热能一部分传给燃烧室部件，传给燃烧室部件中的热能有一半以上传给活塞，由于内燃机热负荷不断提高，必须要对活塞进行有效冷却。
当活塞功率密度超过０．３ｋＷ／ｃｍ２时，必须采用冷却油腔进行冷却。
通过研究纳米流体随活塞大幅振动下圆管内的传热特性来模拟冷却油腔内的传热特性，即该研究是活塞冷却油腔内传热特性的基础性研究。
对换热腔施加随活塞同步振动后，传热强化与振动频率成正比、与雷诺数成反比；用纳米流体代替传统流体后传热效果大大增强，同时还发现纳米流体种类对强化效果影响显著。
4.参考文献
[1] 孟恒辉，吴宏.振动表面自然对流强化换热的研究.北京北京航空航天大学学报:2008 Vol. 34 (03): 307-310
[2] 姜波.振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究.山东。
