各种对流换热过程的特征及其计算公式

关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。

一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。

沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。

二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。

计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。

(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。

理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。

(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。

还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。

下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。

(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。

层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。

常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充-充分发展段，气体，-充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。

横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。

关联式：定性温度为主流温度，定型尺寸为管外径，速度取管外流速最大值。

管内受迫对流流动和换热的特征
（1）层流和紊流流动区域划分
层流区：Re<2300
过渡区：2300<Re<104
旺盛紊流区：Re<104
（2）层流和紊流的速度分布特点
层流速度分布：为抛物线u/u0=0.5
紊流速度分布：u/u0=f（Re）
(3)入口段与充分发展段
流动进口段：流动边界层的厚度从0逐渐增加，当管道足够长时，边界层的厚度等于管道半径，且此厚度不再增加，流体经过的这段距离即为流动进口段。

充分发展段:边界层汇合于管道中心线，厚度不再变化起称为充分发展段。

换
（4）热边界条件有均匀璧温和均匀热流
湍流：除液态金属外，两种条件的差别不可计。

层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。

1.热对流
热对流：是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。

特点：只能发生在流体中；必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。

对流换热：流体与固体表面之间的热量传递。

对流换热公式如下：
()F t t Q f w -=α
式中，Q 为对流换热量，单位为W ；
w t 、f t 为壁面和流体的平均温度，单位为℃；
F 为对流换热面积，单位为m 2；
α为对流换热系数，单位为C m W ︒⋅2/。

2.热辐射
辐射：是指物体受到某种因素的激发而向外发射辐射能的现象。

热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度）而使物体向外发射辐射能的现象。

辐射换热：当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的结果使高温物体失去热量，低温物体获得热量，这种热量传递称为辐射换热。

两物体辐射换热的公式如下：
44121100100n T T Q C F ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦
式中，n C 为辐射系数；
1T 、2T 为两物体的温度；
1F 为辐射体的辐射表面积。

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对流换热系数计算公式
随着互联网的发展，流体力学的定量研究技术也在不断提高和强化。

在当今的工程应用中，对流换热系数是其中重要的几个尺度。

本文在全面分析基础上，讨论了对流换热系数的计算公式。

首先，根据法布尔-斯托克斯定律，对流换热系数可以用以下公式表示：
h=Nu L/D
其中，Nu为Nusselt数，L为物质的热传导长度，D为对流传热的导热长度。

在实际的计算中，需要进行一些不可避免的细化处理。

Nusselt 数Nu取决于流体条件和结构物的形状，因此可以通过收集数据和实验，提取的Nu的表达式来计算。

同样，物质的热传导长度L和导热长度D也可以通过实验数据或者试验结果进行估算，从而计算出对流换热系数 h。

对流换热系数是众多机械系统中变量中的关键尺度，反映了流体传热性能和机构热性能的息息相关性。

因此，使用正确的公式来精准计算对流换热系数，是改善机械操作能力和精度的重要手段。

热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。

热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。

以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。

其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。

2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。

其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。

3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。

其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。

其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。

以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。

在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。

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。

对流换热系数公式对流换热系数公式是用来描述流体与固体之间的热量传递能力的参数，它是工程领域中常用的一个重要指标。

在热传导过程中，流体与固体之间的热量传递主要通过对流方式进行，对流换热系数公式可以用来计算这种热量传递的强度。

对流换热系数公式一般可以表示为h = α * ΔT，其中h表示对流换热系数，α表示传热系数，ΔT表示温度差。

该公式的意义是：对流换热系数与传热系数成正比，与温度差成正比。

换热系数越大，意味着热量传递越快，温度差越大，热量传递也越快。

在工程实践中，对流换热系数公式的应用非常广泛。

例如，在石油化工领域中，对流换热系数的计算是设计换热设备的重要环节之一。

在换热设备的设计中，需要根据具体的工艺条件和流体性质，选择合适的对流换热系数公式，并进行计算和分析。

这样可以确保换热设备在工作过程中具有较高的换热效率和稳定的工艺性能。

对流换热系数公式的选择和计算涉及到许多因素，如流体的性质、流动状态、流速、管道尺寸、壁面特性等。

根据不同的情况，可以选择不同的对流换热系数公式进行计算。

例如，在自然对流换热过程中，可以使用格拉斯霍夫公式进行计算；在强迫对流换热过程中，可以使用科里奥利公式进行计算。

这些公式都是根据实验数据和理论分析得出的，可以在实际工程中得到较好的应用效果。

除了对流换热系数公式的选择和计算，还需要注意一些影响换热过程的因素。

例如，流体的黏度、热导率、密度等参数都会影响对流换热系数的大小和变化规律。

此外，换热表面的几何形状、表面粗糙度、表面温度等也会对对流换热系数产生影响。

因此，在工程设计和实际运行中，需要综合考虑这些因素，选择合适的对流换热系数公式，并进行合理的参数计算。

对流换热系数公式是热传导过程中非常重要的一个参数，它可以用来计算流体与固体之间的热量传递强度。

在工程实践中，合理选择和计算对流换热系数公式，可以有效提高换热设备的工作效率和性能稳定性。

因此，对流换热系数公式的研究和应用具有重要的工程意义。

对流换热量计算公式对流换热是物体或空气内气体粒子之间相互间接接触而发生的热量交换过程。

它包括散射传播，比如温度差引起的热量传递，以及气体内的温度梯度能引起的热量传导现象。

由于温度梯度的影响，高温气体中的分子热和体积能释放出来，从而使得低温气体中的分子热和体积能增加，从而使低温气体向周围空气温度高的方向辐射热量，从而实现换热。

二、对流换热量计算公式对流换热量计算公式可以用来衡量对流换热的大小：Q=hA(T2-T1)，其中，Q是换热量，单位是W，h是换热系数，A是换热表面积，单位是m2，T1、T2分别为表面温度向量的温度值。

当换热的表面积A和温度差都是已知的时候，可以使用以上计算公式来计算换热量Q。

此时换热系数h通常被称为对流换热系数，对流换热系数又可以分为气体对流换热系数、液体对流换热系数和固体对流换热系数。

气体对流换热系数是指空气中气体的换热系数，用来衡量气体的换热能力。

由于气体的存在，空气中总有一个温度分布，温度越高的区域总是以一定的速率向温度越低的区域辐射热量，而这个热量辐射机制就是指气体对流换热的作用，也就是气体对流换热系数。

液体对流换热系数指的是液体中液体粒子间温度差引起的换热现象。

由于液体比空气有更大的密度，所以液体换热速度也比空气更快，因此液体对流换热系数也比气体对流换热系数要大。

固体对流换热系数指的是固体中固体粒子间温度差引起的换热现象。

由于固体的热传导性能比液体好，因此固体对流换热系数也比液体对流换热系数要大。

三、计算步骤1.首先，要计算对流换热量，就必须知道不同表面之间的温度差，以及换热表面积A，换热系数h；2.其次，建立热力学平衡模型，利用模型来计算换热量Q；3.最后，根据换热量和换热表面积来求得温度差。

四、注意事项1.在求解对流换热量时，一定要正确地估算换热表面积和对流换热系数，以精确地求出换热量；2.表面的表面粗糙或表面的湿度会影响对流换热，因此在计算过程中应考虑清楚；3.在计算过程中，也要考虑温度梯度本身也会随着温度而变化，温度梯度越大，温度差就越大，换热量也会越大。

对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式根据不同情况可以有多种表达方式。

以下是几种常见的对流换热系数经验公式：
1. 冷却水对流换热系数经验公式：
h = 0.023 * (Re^0.8) * (Pr^0.3) * (μ/μw)^0.14 * (λ/λw)^0.38 * λw/D
其中，h为换热系数（W/m^2·K），Re为雷诺数，Pr为普朗特数，μ为流体动力粘度（Pa·s），μw为水的动力粘度，λ为流体导热系数（W/m·K），λw为水的导热系数，D为特征尺寸。

2. 空气对流换热系数经验公式：
h = 10.45 - 7.45 * (V^0.33)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），V为速度（m/s）。

3. 冷凝换热系数经验公式：
h = (m·l) / (A·ΔT)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），m为冷凝质量流量
（kg/s），l为冷凝潜热（J/kg），A为换热面积（m^2），ΔT 为温度差（K）。

这些公式都是经验公式，需要根据具体的应用情况和实验数据进行修正和调整。

实际工程中，可能还有其他特定领域的经验
公式。

对于特定应用，最好根据实际情况进行实验或模拟研究，以获得更准确的换热系数。

第六章 单相流体对流换热及准则关联式第一节 管内受迫对流换热本章重点：准确掌握准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定。

1-1 一般分析),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=流体受迫在管内对流换热时，还应考虑以下因素的影响：① 进口段与充分发展段，② 平均流速与平均温度，③ 物性场的不均匀性，④ 管子的几何特征。

一、进口段与充分发展段1．流体在管内流动的主要特征是，流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）段和流动充分发展段，如图所示。

（1）从管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口段。

（2）进入定型流动的区域称为流动充分发展段。

在流动充分发展段，流体的径向速度分量v 为零，且轴向速度u 不再沿轴向变化，即：0=∂∂xu， 0=v 2．管内的流态（1）如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流，那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态，从而构成流体管内层流流动过程。

2300Re <用νdu m =Re 判断流态, 式中 m u 为管内流体的截面平均流速， d 为管子的内直径，ν为流体的运动黏度。

（2）如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动，那么进入充分发展区后就会维持紊流流动状态，从而构成流体管内紊流流动过程。

410Re >（3）如果边界层汇合时正处于流动从层流向紊流过渡的区域，那么其后的流动就会是过渡性的不稳定的流动，称为流体管内过渡流动过程。

410Re 2300<<3．热进口段和热充分发展段当流体温度和管壁温度不同时，在管子的进口区域同时也有热边界层在发展，随着流体向管内深入，热边界层最后也会在管中心汇合，从而进入热充分发展的流动换热区域，在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。

随着流动从层流变为紊流， 热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。

热充分发展段的特征对常物性流体，在常热流和常壁温边界条件下，热充分发展段的特征是：)(1x f t f =及)(2x f t w =与管内任意点的温度),(r x f t =组成的无量纲温度⎪⎪⎭⎫⎝⎛--x f x w w t t t t ,,x ,随管长保持不变，即： 0,,x ,=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--∂∂x f x w w t t t t x 式中，t —管内任意点的温度，),(r x f t = ⇒xf x w w t t tt ,,x ,--仅是r 的函数。