自然对流换热的分类

各种对流换热过程的特征及其计算公式对流换热是指热量通过传导和传导的方式从一个物体转移到另一个物体的过程。

在许多工程和自然现象中，对流换热都起着重要的作用。

下面是各种对流换热过程的特征及其计算公式。

1.强制对流换热：强制对流换热是指通过对流传热介质（如气体或液体）的外力驱动，使热量从一个物体转移到另一个物体的过程。

其特征包括：-较高的传热速率：由于外力使传热介质保持流动状态，因此强制对流传热速率较高。

-计算公式：Q=h*A*(Ts-T∞)其中，Q是传热速率，h是对流换热系数，A是传热面积，Ts是表面温度，T∞是流体温度。

2.自然对流换热：自然对流换热是指在没有外力驱动的情况下，通过自然气流或自然对流传热介质（如气体或液体）进行热量传输的过程。

其特征包括：-由温度差引起的自然循环：由于温度差异造成的密度差异，导致气体或液体在物体表面形成循环，从而传热。

-计算公式：Q=α*A*ΔT其中，Q是传热速率，α是自然对流换热系数，A是传热面积，ΔT 是温度差。

3.相变换热：相变换热是指物体在相变过程中吸收或释放的热量。

其特征包括：-温度保持不变：当物体处于相变过程中时，温度保持不变，热量主要用于相变过程。

-计算公式：Q=m*L其中，Q是传热速率，m是物体的质量，L是单位质量的相变潜热。

4.辐射换热：辐射换热是指通过电磁辐射传播热量的过程。

其特征包括：-不需要传热介质：辐射传热不需要传热介质，可以在真空中传递热量。

-计算公式：Q=ε*σ*A*(Th^4-Tc^4)其中，Q是传热速率，ε是辐射率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，A 是物体表面积，Th和Tc分别是辐射物体和周围环境的温度。

总结：不同的对流换热过程具有不同的特征和计算公式。

在实际应用中，根据具体的情况选择适当的计算公式可以帮助我们准确计算和分析热量的传递过程。

要注意，实际的对流换热过程可能是多种换热方式的复合，需要综合考虑不同的换热方式。

自然对流换热自然对流1.竖板2.水平管3.水平板4.竖直夹层5.横圆管内侧竖直平板在空气中自然冷却：22220x u v x yu u dp u u v F xy dx y t t t u v a x y yρη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=-+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂x F gρ=-dpg dxρ∞=-温度分布速度分布竖直平板在空气中自然冷却：22220x u v x yu u dp u u v F x y dx y t t t u v a x y y ρη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=-+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂温度分布速度分布()22u u u u v x y y g ρρρη∞⎛⎫∂∂∂+=+ ⎪∂∂∂⎝⎭-11t t t ρρρρραρρρθ∞∞--∂⎛⎫=-≈=⎪∂-竖直平板在空气中自然冷却：22220u v x yu u u u v xy y v x g u a y yρθρθθθαη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂温度分布速度分布,,,,u x y u v X Y U V u L L θθ====Θ=竖直平板在空气中自然冷却：222220w a a a U VX Yg L U U U U V X Y u L u Y a U V X Y u L Yαθν∂∂+=∂∂∂∂∂+=Θ+∂∂∂∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂a w g Lu αθ⇒:数量级分析=a w g u Lαθ取竖直平板在空气中自然冷却：22222Gr G Pr 0r 11U VX YU U U U V X Y Y U V X Y Y∂∂+=∂∂∂∂∂+=Θ+∂∂∂∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂32Gr w g Lαθν=格拉晓夫数：=浮升力粘性力()Y 0Nu Gr,Pr Y f =∂Θ=∂:流态判断瑞利数：9=⋅Ra Gr Pr>⇒湍流10()Nu Gr Pr nC =⋅•定性温度为t m =(t w +t ∞)/2•C 、n 值针对不同的问题具体如下※等壁温•定性温度为t m =(t w +t ∞)/2•C 、n 值针对不同的问题具体如下※等壁温()Nu Gr Pr nC =⋅特征数关联式11=⋅*C x xn Nu Gr Pr )(※常热流=⋅=⋅=*θνλλνααh q g x x g x w x w x x x Gr Gr Nu 2234有缘学习交流＋Ｖ：ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）Thank You！12。

对流换热公式汇总与分析【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。

本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。

【关键词】对流换热类型公式适用范围对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式：q h(tt f)(W / m2 )w或 Am2上热流量h(t w t f)(W )上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即h f (u, t w ,t f , ,c p , , , ,l )综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表 1 所示。

表 1 典型换热类型1.受迫对流换热1.1内部流动圆管内受迫流动内部流动换热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（上表面与下表面）对流换热有限空间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、竖管等）1.1.1 圆管内受迫对流换热(1) 层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为Nu f1.86 Re 1f / 3 Pr 1f / 3 ( d )1 / 3 (f )0.14lw或写成d 1 / 3f0.14Nu f1.86( Pe f l )( )w式中引用了几何参数准则d，以考虑进口段的影响。

l适用范围： 0.48 Pr 16700， 0.0044 (f )9.75 。

w定性温度取全管长流体的平均温度，定性尺寸为管内径 d 。

如果管子较长，以致[(Re Pr d)1/ 3 ( f) 0.14 ]2lw则 Nu f 可作为常数处理，采用下式计算表面传热系数。

常物性流体在热充分发展段的Nu 是Nu f 4.36(q const)Nu f3.66(t w const)(2) 过渡流换热公式对于气体， 0.6Pr f1.5 ， 0.5T f1.5 ， 2300Re f 104。

在我想变的对流传热过程中对流传热是一种常见的热传导方式，它在日常生活和工业生产中都有广泛应用。

在这篇文章中，我们将探讨对流传热的原理、应用和影响因素，并从人类的视角出发，描述这一过程。

一、对流传热的原理对流传热是指热量通过流体的流动而传递的过程。

在自然界中，对流传热常常发生在气体和液体中，由于流体的流动，热量可以通过流体的传递而实现。

这一过程主要分为自然对流和强制对流两种情况。

自然对流是指在没有外力作用下，由于温度差异而导致的流体的自发流动。

例如，我们常常可以观察到热水壶中的水自然对流现象，当壶底加热时，底部的水受热膨胀，形成一个上升的热流，同时冷却的水则下沉，形成一个下降的冷流，这样就实现了热量的传递。

强制对流是指在外力的作用下，流体被迫流动，从而实现热量的传递。

例如，我们常常可以观察到风扇吹过的空气对热量的传递。

风扇产生的气流使空气迅速流动，使热量从一个地方传递到另一个地方，这就是强制对流。

二、对流传热的应用对流传热在日常生活中有着广泛的应用。

首先，对流传热在空调和暖气系统中起着重要作用。

空调系统通过强制对流将室内的热量带走，从而降低室内的温度。

暖气系统则通过强制对流将热量传递到室内，提高室内的温度。

这些系统使我们在不同季节里都能享受到舒适的温度。

对流传热在汽车散热系统中也起着重要作用。

汽车发动机产生的热量需要及时排出，以保证发动机的正常工作。

散热器通过对流传热的方式，将发动机产生的热量传递给空气，从而实现散热。

对流传热还广泛应用于工业生产过程中。

例如，化工厂中的反应釜需要通过对流传热的方式控制温度，保证反应的进行。

工业炉窑中的燃烧过程也需要对流传热来实现热量的传递。

三、对流传热的影响因素对流传热的效率受到多个因素的影响。

首先是流体的性质，不同的流体具有不同的热导率和粘度，这会影响对流传热的效果。

其次是流体的流动速度，流体的流动速度越大，对流传热的效果越好。

再次是传热表面的特性，传热表面的面积越大，对流传热的效率越高。

对流换热过程的分类由于对流换热是发生在流体和固体界面上的热交换过程，流体的流动和固体壁面的几何形状以及相互接触的方式都会不同程度影响对流热交换的效果，由此也构成了许许多多复杂的对流换热过程。

因此，为了研究问题的条理性和系统性，以及更便于把握对流换热过程的实质，按不同的方式将对流换热过程进行分类。

然后再分门别类地进行分析处理。

在传热学中对流换热过程的习惯性分类方式是:按流体运动的起因，可分为自然对流换热和受迫对流换热；按流体与固体壁面的接触方式，可分为内部流动换热和外部流动换热；按流体的运动状态，可分为层流流动换热和紊流流动换热；按流体在换热中是否发生相变或存在多相的情况，可分为单相流体对流换热和多相流体对流换热。

紊流流动极为普遍，从自然现象看，收获季节的麦浪滚滚，旗帜在微风中轻轻飘扬，都是由空气的紊流引起的。

紊流的运动服从某种统计规律，而不是杂乱无章。

香烟的烟在静止的空气中上升，可以看到从层流到紊流的转化。

紊流会消耗能量（同摩擦力消耗能量一样），没有紊流的世界是不可想象的。

如果没有紊流，把酱油倒进汤里，花半小时酱油才能和汤混合，用汤匙一搅，依靠紊流几秒钟它们就混合在一起了。

如果没有紊流的掺混，烟囱浓烟中的有害物质将长期积聚，危害人类环境。

对于实际的对流换热过程的，按照上述的分类，总是可以将其归入相应的类型之中。

例如，在外力推动下流体的管内流动换热是属于受迫内部流动换热，可以为层流亦可为紊流，也可以有相变发生，使之从单相流动变为多相流动；再如，竖直的热平板在空气中的冷却过程是属于外部自然对流换热（或称大空间自然对流换热），可以为层流亦可为紊流，在空气中冷却不可能有相变，应为单相流体换热；但是如果是在饱和水中则会发生沸腾换热，这就是带有相变的多相换热过程。