05章-对流传热分析

对流换热分析通过本章的学习，读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。

1. 对流换热概述1.1. 定义及特性对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。

在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。

牛顿冷却公式q=ℎ×(t w−t f)是计算对流换热量的基本公式，但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。

研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。

1.2. 影响对流换热的因素(1)流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。

(2)流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。

(3)流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。

(4)流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。

(5)换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。

综上所述，可知表面传热系数是如下参数的函数ℎ=f u,t w,t f,c P,ρ,α,μ,l这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量，不同的换热过程可能千差万别。

1.3. 分析求解对流换热问题分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布，尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布，因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。

同时，分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。

在已知流体内的温度分布后，可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数ℎx=λΔt x ðtðy w,xW/(m2·K)由上式可有ℎx=λΔθx ðθðy w,xW/(m2·K)其中θ为过余温度，θ=t w−t f。

对流传热的内容分析化学生物学专业学生：蒲金远指导老师：彭刚摘要对流传热是在流体流动过程中发生的热量传热现象。

工业生产当中遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固定壁面进行的热交换，即热流体将热量传给固体壁面，再由固体壁面将热量传给冷流体，这种传热亦常称为给热。

因为它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，故对流体传热与流体状况密切相关。

关键词对流传热流体1．对流传热分析在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。

因此与流体的流动情况密切相关。

热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。

由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动，即层流底层。

当流体做层流流动时，在垂直于流动方向的热量传递，主要以热传导方式进行。

由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。

而在湍流主体中，由于流体质点剧烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。

在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变化。

所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此，减薄层流底层的厚度δ是强化对流传热的重要途径。

在传热学中，该层又称为传热边界层。

综上所述，对流传热是以层流底层的导热和层流底层以外的以流体质点做相对位移与混合为主的传热的总称。

为了处理问题方便，一般将有温度梯度存在的区域，即层流底层和过度区称做传热边界层，传热的热阻主要集中在层流底层。

图1-1表示。

2．影响对流热的因素对流传热既有分子间的微观热传导作用, 又有流体宏观位移的热对流作用,是一种复杂的热传递过程, 以牛顿冷却定律Q = A$t 来计算通过传热面的传热量Q, 虽然形式简单, 但影响对流传热的许多因素都归纳到对流传热系数之中了, 使得A的变化错综复杂, 难以确定。

具体地说, 对流传热与以下几方面有关。

对流传热的实验分析导言：热传导是物质内部的热量传递方式，而对流传热则是通过流体的运动来传递热量。

对流传热在自然界和工程领域都有广泛的应用。

本文将通过对流传热的实验分析，探讨其机理和影响因素。

一、实验设备和方法在对流传热的实验中，我们通常会使用一个加热器和一个冷却器。

加热器中的流体被加热，然后通过管道流动到冷却器中，从而实现热量的传递。

为了控制实验条件，我们需要测量加热器和冷却器中的温度、流速以及热量的转移率。

二、实验结果和讨论1. 温度分布在实验中，我们可以通过在加热器和冷却器中放置温度传感器来测量温度分布。

实验结果通常显示，在加热器中，温度随着距离加热源的远离而逐渐降低；而在冷却器中，温度随着距离冷却源的接近而逐渐升高。

这是因为加热器中的热量被流体吸收，并随着流动被带到冷却器中。

2. 热传递率实验中，我们可以通过测量加热器和冷却器中的温度差来计算热传递率。

热传递率是指单位时间内传递的热量。

实验结果显示，热传递率与流体的流速成正比。

当流速增加时，热传递率也随之增加。

这是因为流体的流动可以带走更多的热量，加快热量的传递速度。

3. 流体性质实验中，我们可以通过更换不同性质的流体来研究其对对流传热的影响。

实验结果表明，流体的热导率和比热容对对流传热起着重要作用。

热导率越大的流体，其传热能力越强；而比热容越大的流体，其储热能力越强。

因此，在工程应用中，我们可以根据需要选择合适的流体来实现高效的对流传热。

4. 几何形状实验中，我们还可以通过改变加热器和冷却器的几何形状来研究其对对流传热的影响。

实验结果显示，几何形状的改变会影响流体的流动状态，从而影响热量的传递。

例如，增加管道的弯曲会增加流体的阻力，降低热传递率；而增加表面积可以增加热量的传递速度。

结论：通过对流传热的实验分析，我们可以深入了解对流传热的机理和影响因素。

实验结果表明，对流传热是一种高效的热传递方式，其传热能力可以通过流速、流体性质和几何形状等因素进行调控。

第五章对流换热分析通过本章的学习，读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。

5.1 内容提要及要求5.1.1 对流换热概述1．定义及特性对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。

在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。

牛顿冷却公式q h(t w t f ) 是计算对流换热量的基本公式，但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。

研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。

2．影响对流换热的因素（1）流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。

（2）流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。

（3）流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。

（4）流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。

（5）换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。

综上所述，可知表面传热系数是如下参数的函数h f u, t w , t f , , c p , ,,, l这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量，不同的换热过程可能千差万别。

3．分析求解对流换热问题分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布，尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布，因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。

同时，分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。

在已知流体内的温度分布后，可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数由上式可有h xtt x yW/(m 2 K)w,x其中为过余温度，h xxyW/(m 2 K)w,x对流换热问题的边界条件有两类，第一类为壁温边界条件，即壁温分布为已知，待求的是流体的壁面法向温度梯度；第二类为热流边界条件，即已知壁面热流密度，待求的是壁温。

对流传热分析和计算传热是物质内部或不同物体之间热量传递的过程，对流传热是其中一种重要形式。

通过对流传热的分析和计算，我们可以更好地理解和应用这一过程，以满足需求和优化能源利用等方面的目标。

本文将介绍对流传热的基本原理、分析方法和计算模型。

一、对流传热的基本原理对流传热是指通过流体（如气体或液体）的运动，将热量从一个物体传递到另一个物体的过程。

在对流传热中，流体既可以通过自然对流（由密度和温度梯度引起的流动），也可以通过强制对流（通过外部装置引起的流动）来实现热量的传递。

对流传热的基本原理可以通过牛顿冷却定律来描述，即传热速率与温度差成正比。

牛顿冷却定律的一般表达式如下：q = h * A * (T1 - T2)其中，q表示单位时间内传递给或从物体中传出的热量；h为对流传热系数，代表了对流传热的特性；A为接触面积；T1和T2分别为两个物体的温度。

二、对流传热的分析方法对流传热的分析方法主要包括实验分析和数值模拟两种。

1. 实验分析实验分析是通过实际测量和观察来研究对流传热的过程和特性。

常用的实验方法包括热电偶测温法、平板法、圆管法等。

通过实验，我们可以获取到对流传热系数、传热速率等重要参数，为其他工程和研究提供参考和依据。

2. 数值模拟数值模拟是利用计算机和数值方法对对流传热进行模拟和计算。

通过建立数学模型、采用数值算法和边界条件，我们可以通过计算得到对流传热的各种参数和特性。

常用的数值模拟方法有有限元法、有限体积法和计算流体力学（CFD）等。

三、对流传热的计算模型对流传热的计算模型是通过数学方程和物理模型来描述和计算对流传热的过程。

在对流传热的计算模型中，需要考虑流体的性质、流动的速度和流动的特性等因素。

1. 粘性流体模型在粘性流体模型中，对流传热的计算将考虑流体的黏性和流速的分布等因素。

一般来说，黏性流体模型适用于流速较低、流动较平稳的情况。

2. 湍流模型湍流模型适用于流速较高、流动较复杂的情况。

对流传热的内容分析化学生物学专业学生：蒲金远指导老师：彭刚摘要对流传热是在流体流动过程中发生的热量传热现象。

工业生产当中遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固定壁面进行的热交换，即热流体将热量传给固体壁面，再由固体壁面将热量传给冷流体，这种传热亦常称为给热。

因为它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，故对流体传热与流体状况密切相关。

关键词对流传热流体一．对流传热分析在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。

因此与流体的流动情况密切相关。

热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。

由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动，即层流底层。

当流体做层流流动时，在垂直于流动方向的热量传递，主要以热传导方式进行。

由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。

而在湍流主体中，由于流体质点剧烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。

在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变化。

所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此，减薄层流底层的厚度δ是强化对流传热的重要途径。

在传热学中，该层又称为传热边界层。

综上所述，对流传热是以层流底层的导热和层流底层以外的以流体质点做相对位移与混合为主的传热的总称。

为了处理问题方便，一般将有温度梯度存在的区域，即层流底层和过度区称做传热边界层，传热的热阻主要集中在层流底层。

图1-1表示。

二．影响对流热的因素对流传热既有分子间的微观热传导作用, 又有流体宏观位移的热对流作用, 是一种复杂的热传递过程, 以牛顿冷却定律Q = A$t 来计算通过传热面的传热量Q, 虽然形式简单, 但影响对流传热的许多因素都归纳到对流传热系数之中了, 使得A的变化错综复杂, 难以确定。

具体地说, 对流传热与以下几方面有关。

对流传热的实验分析热传导、热辐射和对流传热是物体之间热量传递的三种基本方式。

在这三种方式中，对流传热在自然界和工程应用中起着重要的作用。

对流传热实验是研究和分析对流传热现象的有效手段，本文将对对流传热实验进行分析。

一、实验目的和原理对流传热实验的目的是研究流体中的热传递过程，包括流体的流动特性和传热特性。

实验原理基于流体的运动和传热规律。

在对流传热实验中，我们通常使用热平衡器、热电偶和流量计等仪器设备来测量和记录实验数据。

二、实验装置和操作对流传热实验通常使用实验装置来模拟实际情况。

实验装置包括加热器、冷却器、流体循环系统和传感器等。

实验操作包括设定流体的流速、温度和压力等参数，并记录实验数据。

实验过程中需要保持实验环境的稳定和可重复性，以确保实验结果的准确性和可靠性。

三、实验结果和数据分析对流传热实验的结果通常以温度差、传热速率和传热系数等形式呈现。

通过对实验数据的分析，可以得出对流传热的相关规律和特性。

例如，实验结果可能显示随着流体流速的增加，传热速率也增加；或者随着流体温度差的增加，传热系数也增加。

这些结果可以用于改进工程设计和优化传热设备。

四、实验误差和改进措施在对流传热实验中，存在一定的误差。

误差可能来自于实验设备的精度、环境条件的变化以及实验操作的不确定性等因素。

为了减小误差并提高实验结果的可靠性，可以采取一些改进措施。

例如，使用更精确的测量仪器、控制实验环境的稳定性和增加实验重复次数等。

五、实验应用和意义对流传热实验的应用广泛，涉及到许多领域。

在能源领域，对流传热实验可以用于改进燃烧系统和提高能源利用效率。

在建筑工程领域，对流传热实验可以用于改善建筑物的隔热性能和节能设计。

在化工工程领域，对流传热实验可以用于优化化工过程和提高生产效率。

六、实验的挑战和未来发展对流传热实验面临一些挑战，例如实验环境的复杂性和实验数据的处理方法等。

未来，随着科学技术的不断发展，对流传热实验将更加精确和高效。